Силовые установки это: Силовая установка | это… Что такое Силовая установка?

Лекция 2 Силовые установки ла как объекты управления

21

Силовая установка летательного аппарата – это комплекс устройств, позволяющий получить силу тяги, необходимую для движения летательного аппарата.

Силовая установка (СУ) состоит из двигателей (одного или нескольких) с их системами управления, запуска, топливопитания, а также входных и выходных устройств (воздухозаборников, реактивных сопел), устройств для реверса тяги и движителей в виде воздушных винтов.

Силовые установки по назначению подразделяются на основные (маршевые) и дополнительные (пусковые, стартовые и вспомогательные). Пусковые СУ служат для запуска основных силовых установок. Стартовые – для разгона летательного аппарата. Вспомогательные – для получения электроэнергии при авариях основных СУ и при стоянке на земле.

Тип силовой установки определяется типом двигателя. Двигатель составляет основу СУ, которая предназначена для создания необходимой для полета ЛА тяги.

Современные СУ ЛА строятся на базе реактивных двигателей. Реактивным называют двигатель, тяга которого представляет собой силу реакции потока продуктов сгорания топлива, получающего ускорение в самом двигателе и вытекающего из него в окружающую среду со скоростью, большей скорости полета.

В зависимости от способа получения и использования окислителя реактивные двигатели подразделяются на два больших класса: ракетные (РД) и воздушно-реактивные (ВРД) двигатели (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Разновидности реактивных двигателей

2.1.1. Ракетные двигатели

Ракетные двигатели отличаются тем, что и топливо, и окислитель находятся на борту, в результате чего летательный аппарат способен к полету независимо от окружающей среды, например на больших высотах и в космосе, а также на больших скоростях. В свою очередь, ракетные двигатели подразделяются в зависимости от применяемого топлива на ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) и жидкостные ракетные двигатели (ЖРД).

Твердое топливо позволяет предельно упростить конструкцию, повысить надежность и создает огромные импульсы, однако способно обеспечить лишь кратковременную работу, поэтому РДТТ применяются как стартовые ускорители или в качестве двигателя в различных ракетах и реактивных снарядах.

Жидкие топливо и окислитель обеспечивают длительную работу и допускают регулирование тяги в широких пределах, однако они являются весьма опасными в хранении и эксплуатации. ЖРД используются на баллистических ракетах или в качестве ускорителей.

2.1.2. Воздушно-реактивные двигатели

В качестве окислителя в воздушно-реактивных двигателях используется кислород окружающей атмосферы, а в качестве горючего применяется обычный керосин. Поскольку с увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, то снижается количество поступающего в двигатель окислителя, что ограничивает высоту использования ВРД примерно до 30 – 50 км.

Воздушно-реактивные двигатели по способу предварительного сжатия воздуха перед поступлением в камеру сгорания разделяют на компрессорные и бескомпрессорные.

В бескомпрессорных воздушно-реактивных двигателях используется скоростной напор воздушного потока. В компрессорных двигателях воздух, сжимается компрессором. Компрессорным воздушно-реактивным двигателем является турбореактивный двигатель (ТРД). В эту же группу входят турбовинтовые двигатели (ТВД) и двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД). Конструкция и принцип работы этих двигателей во многом схожи с турбореактивными двигателями. Часто все типы указанных двигателей объединяют под общим названием газотурбинных двигателей (ГТД).

Вспомогательная силовая установка

Вспомогательная силовая установка

В современной и перспективной практике гражданского и военного самолётостроения на летательных аппаратах (ЛА) предполагается наличие вспомогательных силовых установок (ВСУ). Традиционно это газотурбинные установки с приводными генераторами и отборами воздуха от служебного компрессора или компрессора газогенератора.
ВСУ используются в первую очередь как источники электроэнергии и сжатого воздуха для питания энергопотребителей, систем кондиционирования и запуска на наземных этапах эксплуатации для экономии ресурса маршевой силовой установки (МСУ). В полёте ВСУ используется, как правило, как резервный источник электроэнергии и сжатого воздуха (включается только в случае возникновения отказов в системах электроснабжения, кондиционирования и регулирования давления, запуска МСУ, а также в случае выключения одного или нескольких двигателей МСУ). В зависимости от размерности ЛА и его назначения электрическая мощность ВСУ такого назначения составляет от 50 до 135 кВт, производительность по сжатому воздуху достигает 2,5 – 3 кг/с при давлении в отборе 4 – 5 ата. В ряде перспективных проектов ЛА, называемых «более электрическими», предполагается использование ВСУ на протяжении всего полёта для генерирования электроэнергии. Такой подход энергетически более выгоден, чем отбор механической мощности от МСУ с последующей трансформацией её в электроэнергию. Вместе с тем, авиационные газотурбинные ВСУ являются надёжным и технологичным в эксплуатации источником энергоснабжения. Их можно с успехом использовать в наземных энергетических установках. Перспективные требования к самолётам гражданской и военной авиации требуют поиска путей существенного увеличения топливной эффективности ЛА в целом.

Одним из основных резервов для достижения этих целей является комплексное повышение эффективности силовой установки (маршевой и ВСУ) как источника вторичной (после создания тяги) мощности для потребителей борта. Естественным путём является повышение топливного КПД самой газотурбинной ВСУ. Это традиционные способы оптимизации рабочего процесса, в том числе, рекуперация энергии путём теплообмена отходящих газов и воздуха за компрессором, повышение КПД узлов, применение более эффективных схем генерирования, а также применение безмасляной трансмиссии на основе газовых или электромагнитных опор. Все эти мероприятия опробованы на наземных газотурбинных энергетических установках и однозначно приводят к повышению топливной эффективности. Достигнутый на отдельных образцах наземных малоразмерных ГТУ топливный КПД по генерации электроэнергии составляет 33-34 % при соблюдении жёстких норм по токсичности выхлопа. Достигнутые ресурсы намного превышают требуемые для применения в авиации. Сокращение удельной массы и объёма ВСУ при внедрении указанных выше технических решений может составить до 20 %. Дальнейшее совершенствование с применением традиционных технических решений крайне затруднительно. Выход видится в переходе к роторным машинам с гибридным термодинамическим циклом.

При проектировании ГТД/ВСУ в компании изначально используется подход, ориентированный на применение аддитивных технологий. Технология 3D-печати с последующим упрочнением отпечатанных конструкций методом прессования при высокой температуре (1000ºС) применяется в проекте для изготовления колес турбины, компрессоров, камеры сгорания. Это позволило облегчить конструкцию данных узлов на 40-60% при сохранении их механических характеристик на уровне деталей, получаемых традиционными методами штамповки и последующей механической обработки. Испытания экспериментальных образцов подтвердили заявленные характеристики.   Указанные выше особенности конструкции позволили уменьшить размеры и массу ГТД по сравнению с представленными на рынке газотурбинными энергетическими комплексами сравнимой мощности примерно в полтора раза.

Также, используется полностью безмасляная трансмиссия на воздушных подшипниках. На легких ВСУ и турбокомпрессорах применяются оригинальные отечественные лепестковые газодинамические подшипники, на тяжелых — гибридные газовые статодинамические подшипники с рекордными характеристиками по несущей способности. Технология гибридных газовых подшипников с 2013 г. разрабатывается ООО «ЦТТ «Кулон» и в настоящее время доведена до состояния экспериментальных образцов с несущей способностью до 300 кг и частотой вращения ротора до 100 тыс. об/мин. Применение воздушной трансмиссии позволяет отказаться от масла, уменьшить размеры и массу ГТД примерно на одну треть и делает ресурс подшипников практически неограниченным.

2018г

Электростанция — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Электростанция — промышленный объект, вырабатывающий электроэнергию из первичной энергии. Большинство электростанций используют один или несколько генераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую ^[1] для подачи электроэнергии в электрическую сеть для нужд общества. Исключение составляют солнечные электростанции, которые используют фотоэлектрические элементы (вместо турбины) для выработки этого электричества.

Тип первичного топлива или потока первичной энергии, который обеспечивает электростанцию ​​ее первичной энергией, различается. Наиболее распространенными

видами топлива являются уголь, природный газ и уран (ядерная энергия). В основном используемой первичной энергией потока для выработки электроэнергии является гидроэлектроэнергия (вода). Другие потоки, которые используются для выработки электроэнергии, включают ветровую, солнечную, геотермальную и приливную энергию.

Разные страны получают электроэнергию от разных типов электростанций. Например, в Канаде большая часть электроэнергии вырабатывается гидроэлектростанциями, на долю которых приходится около 60% всей электроэнергии, вырабатываемой в Канаде. ^[5] Пожалуйста, посмотрите визуализацию данных ниже, чтобы узнать, как страны по всему миру получают электроэнергию.

• Гидроэлектростанция. ^[6]

• Электростанция, работающая на природном газе.

  [7]

• Солнечная ферма. ^[8]

Типы электростанций

Тепловые

Большинство тепловых электростанций используют топливо для нагрева воды из резервуара, в результате чего образуется пар (обычно под высоким давлением). Затем пар под высоким давлением проходит по трубам, вращая вентиляторные лопасти турбины (дополнительную информацию см. в цикле Ренкина). Когда турбина начинает вращаться, она заставляет вращаться гигантские проволочные катушки внутри генератора. Это создает относительное (непрерывное) движение между катушкой проволоки и магнитом, которое выталкивает электроны и запускает поток электричества. ^[9]

• Ископаемое топливо электростанции сжигают свое топливо для выработки тепловой энергии для работы своих внешних тепловых двигателей. Газовая установка простого цикла
  не использует пар , как другие: она работает аналогично реактивному двигателю, в котором природный газ воспламеняется и сжигается, а тепло создает давление, которое вращает турбину. Газовые установки с комбинированным циклом также используют как тепло, так и пар. Типы электростанций, работающих на ископаемом топливе, включают электростанции, работающие на угле, и электростанции, работающие на природном газе, что составляет крупнейших производителей электроэнергии по всему миру (см. визуализацию данных ниже).

• Атомные электростанции используют процессы деления для выработки электроэнергии. На этих заводах ядра урана расщепляются, что создает тепловую энергию, необходимую для производства пара. Затем он работает так же, как электростанции на ископаемом топливе, где пар вращает турбину, вырабатывая электричество. Электростанции требуют использования ядерных реакторов для осуществления этих процессов деления. Некоторые типы реакторов включают реакторы с водой под давлением, реакторы CANDU, реакторы РБМК и реакторы с кипящей водой.

• Солнечные тепловые электростанции используют тепло солнечных лучей для создания пара, необходимого для вращения турбины.

Рис. 2. Атомная электростанция с кипящей водой. ^[10]

Все тепловые электростанции ограничены вторым законом термодинамики, что означает, что они не могут преобразовать всю свою тепловую энергию в электричество. Это ограничивает их эффективность, о которой можно прочитать на страницах эффективности и энтропии Карно.

Возобновляемые источники энергии

Электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии, получают энергию непосредственно из соответствующих потоков для производства электроэнергии. Эти первичные источники энергии в конечном итоге восполняются, но их количество ограничено в количестве энергии, доступной в любое время или в любом месте. Поэтому они часто бывают прерывистыми и не подлежат диспетчеризации. ^[9]

• Гидроэлектростанции используют энергию падающей воды в реках и водохранилищах для вращения генератора и выработки электроэнергии. Этот источник энергии имеет тенденцию быть более надежным (диспетчерским), чем другие возобновляемые ресурсы, особенно когда объект работает из резервуара. ^[11]

• Ветряные турбины получают свою энергию от ветра, который при контакте замедляется и передает кинетическую энергию турбине. Сопротивление воздуха заставляет турбину вращаться, а максимальный КПД турбин определяется пределом Бетца.

• Солнечные панели используют фотогальванические элементы для выработки электроэнергии. Входящие фотоны от Солнца поражают атомы внутри полупроводников панели, что вызывает поток электронов. Солнечная энергия непостоянна, но в сочетании с технологией накопления энергии их мощность может быть намного надежнее.

Перевозка электроэнергии

После выработки электроэнергии трансформаторы «повышают» ее до более высокого напряжения для перемещения на большие расстояния с минимальными потерями энергии. Затем он проходит через «пилоны» по воздушным кабелям к месту назначения, где трансформаторы впоследствии «понижают» электроэнергию до безопасного напряжения для домов и коммунальных служб.

Для более полной истории, пожалуйста, смотрите электрическую трансмиссию.

Мировое поколение электроэнергии

На приведенной ниже карте показано, из каких первичных источников энергии разные страны получают энергию для производства электроэнергии. Нажмите на регион, чтобы увеличить группу стран, затем нажмите на страну, чтобы увидеть, откуда поступает электричество.

Для дальнейшего чтения

• Электричество
• Первичная энергия
• Топливо и расход
• Тепловая мощность
• Возобновляемая энергия
• Система хранения электроэнергии
• Или исследовать случайную страницу

Ссылки

1. ↑ Аткинс А. и Эскудье М., Словарь машиностроения. Оксфорд: издательство Оксфордского университета, 2013 г.
2. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bb/Gundremmingen_Nuclear_Power_Plant.jpg
3. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload. wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Fermi_NPP.jpg
4. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/GreenMountainWindFarm_Fluvanna_2004.jpg
5. ↑ Канадская электроэнергетическая ассоциация. (4 апреля 2015 г.). Электроэнергетическая промышленность Канады [онлайн]. Доступно: http://www.electricity.ca/media/Electricity101/Electricity101.pdf
6. ↑ Wikimedia Commons [онлайн], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ab/ThreeGorgesDam-China2009.jpg
7. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/Lake_Side_Power_Plant.jpg
8. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/45/Giant_photovoltaic_array.jpg
9. ↑ ^{9.0 9.1} Энтерджи. (4 апреля 2015 г.). Электростанции [Онлайн]. Доступно: http://www.entergy.com/energy_education/power_plants.aspx
10. ↑ http://www. nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html
11. ↑ First Hydro Company, Dinorwig Power Station [Online], доступно: http://www.fhc.co.uk/dinorwig.htm

Какие типы электростанций используются для выработки энергии?

По мере того, как ряд стран продолжают отказываться от ископаемых видов топлива с высоким уровнем загрязнения окружающей среды в пользу низкоуглеродных альтернатив, динамика того, как и где работают электростанции, постоянно меняется.

Производство угля в Индии — третьей по величине стране-эмитенте — сократилось на 8% в 2020 г. по сравнению с 2018 г. (Фото: Wikimedia Commons/TJBlackwell) на электростанциях по всему миру.

Но по мере того, как ряд стран продолжают отказываться от сильно загрязняющих окружающую среду ископаемых видов топлива в пользу низкоуглеродных альтернатив, динамика того, как и где работают электростанции, постоянно меняется.

По данным BloombergNEF, мировой спрос на электроэнергию вырастет с 25 000 тераватт-часов (ТВтч) в 2017 году до примерно 38 700 ТВтч к 2050 году, что приведет к новым инвестициям в генерирующие мощности в ближайшие годы.

Здесь NS Energy описывает различные типы электростанций, которые необходимы каждому источнику энергии для выработки энергии.

 

Атомные электростанции

Используя реакцию ядерного деления и уран в качестве топлива, атомные электростанции производят большое количество электроэнергии.

Поскольку атомные электростанции считаются низкоуглеродным источником энергии, эта технология считается более экологически чистой.

По сравнению с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная энергия и ветер, производство электроэнергии на атомных электростанциях также считается более надежным.

Несмотря на значительные инвестиции, необходимые для запуска атомной электростанции, затраты на их эксплуатацию относительно невелики.

Источники ядерной энергии также имеют более высокую плотность, чем ископаемое топливо, и выделяют большое количество энергии.

Из-за этого атомным электростанциям требуется небольшое количество топлива, но они производят огромное количество энергии, что делает их особенно эффективными, когда они запущены и запущены.

Атомная электростанция Брюса, крупнейшая ядерная энергетическая установка в мире по количеству реакторов. Предоставлено: Chuck Szmurlo/Wikipedia

Гидроэлектростанции

Гидроэлектроэнергия вырабатывается за счет использования силы гравитации текущей воды.

По сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе, гидроэлектростанции выбрасывают меньше парниковых газов. Но строительство гидроэлектростанций и плотин требует огромных инвестиций.

Согласно Отчету о состоянии гидроэнергетики Международной гидроэнергетической ассоциации за 2017 год, в 2016 году было введено в эксплуатацию около 31,5 гигаватт (ГВт) гидроэнергетических мощностей, в результате чего совокупная установленная мощность в мире достигла 1246 ГВт.

Только на Китай приходится почти треть мировых гидроэнергетических мощностей, и в 2016 году он добавил около 11,74 ГВт новых мощностей.

 

Угольные электростанции 37% мировой электроэнергии в 2018 году, при этом Китай обладает крупнейшим в мире флотом.

Электростанции, работающие на угле, используют энергетический уголь в качестве источника для выработки электроэнергии и, следовательно, выбрасывают в атмосферу значительное количество вредных газов.

Стремясь сократить выбросы парниковых газов, многие развитые страны уже объявили о планах поэтапного отказа от угольных электростанций.

Канада планирует поэтапный отказ от своих угольных электростанций к 2030 году, в то время как Великобритания установила крайний срок – 2025 год, а Германия – к 2038 году. Ожидается, что ряд других европейских стран вскоре последуют этому примеру.

 

Электростанции, работающие на дизельном топливе

Электростанции, работающие на дизельном топливе, используются для малосерийного производства электроэнергии.

Устанавливаются в местах, где нет свободного доступа к альтернативным источникам питания, и в основном используются как резерв для бесперебойного электроснабжения при перебоях.

Дизельные установки требуют небольшой площади для установки и обеспечивают более высокий тепловой КПД по сравнению с угольными электростанциями.

Из-за высоких затрат на техническое обслуживание и цен на дизельное топливо электростанции не завоевали такой популярности, как другие типы электростанций, такие как паровые и гидроэлектростанции.

 

Геотермальные электростанции

Три основных типа геотермальных электростанций включают электростанции с сухим паром, электростанции с мгновенным паром и электростанции с бинарным циклом, все из которых используют паровые турбины для производства электроэнергии.

За последнее десятилетие установленная мощность геотермальной энергии во всем мире постепенно увеличивалась: с 10 ГВт в 2010 г. до почти 14 ГВт в 2019 г..

Геотермальные электростанции считаются экологически чистыми и выделяют меньше вредных газов по сравнению с угольными электростанциями.

Геотермальная электростанция Домо-де-Сан-Педро в Мексике (Источник: Grupo Dragon/Mitsubishi Hitachi Power Systems)

Газовые электростанции

Газовые электростанции сжигают природный газ — быстро растущий источник энергии во всем мире — для производства электроэнергии.

Хотя природный газ является ископаемым топливом, согласно исследованию, проведенному Союзом обеспокоенных ученых, выбросы при его сжигании намного ниже, чем при сжигании угля или нефти.

Данные Международного энергетического агентства (МЭА) показывают, что в 2019 году выработка электроэнергии за счет сжигания газа увеличилась на 3%, в результате чего ее доля в общемировом балансе достигла 23%.

Еще одним типом установок, использующих газ, являются электростанции с комбинированным циклом. Используя как газовые, так и паровые турбины, они производят большее количество электроэнергии из одного источника топлива по сравнению с традиционной электростанцией.

Они улавливают тепло газовой турбины для увеличения производства электроэнергии, а также выделяют небольшое количество вредных газов в атмосферу.

 

Солнечные электростанции

Солнечные электростанции преобразуют энергию солнца в тепловую или электрическую энергию с использованием одного из самых чистых и распространенных возобновляемых источников энергии.

Как правило, они не требуют особого ухода и служат от 20 до 25 лет.

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), глобальные мощности солнечной энергетики будут увеличиваться на 9% каждый год в период с 2018 по 2050 год, за это время они вырастут с 480 ГВт до более чем 8000 ГВт.

Но первоначальные затраты на финансирование солнечных электростанций высоки, а установка требует много места.

Еще одна подобная технология – солнечная тепловая энергия. Это система гигантских зеркал, размещенных таким образом, чтобы концентрировать солнечные лучи на очень небольшой площади для создания значительного количества тепла, которое затем производит пар для питания турбины, вырабатывающей электричество.

 

Ветряные электростанции

В последние годы во всем мире наблюдается быстрый рост числа ветряных электростанций, чему способствует технологический прогресс.

Глобальная установленная мощность ветрогенерации на суше и на море увеличилась почти в 75 раз за последние два десятилетия, увеличившись с 7,5 ГВт в 1997 году до 564 ГВт к 2018 году, по данным IRENA.