(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как работает дизельный котел отопления


принцип работы и особенности эксплуатации

Установка системы автономного отопления – нелегкая задача. Необходимо рассмотреть все возможные варианты топливных котлов, отсечь неприемлемые. Потом, из оставшихся, выбирать самый подходящий, то есть, обеспечивающий ваши запросы и потребности по максимуму. Достаточно популярны в некоторых регионах котлы на солярке. Их называют еще дизельными или жидкотопливными.

Достоинства

Один из вариантов отопления частных домов – котел на дизельном топливе. Система привлекательна по нескольким причинам:

  • Оборудование недорогое. Дешевле могут быть только котлы на ТЭНах, да и то не все. Но недороги только самые простые котлы с одноступенчатой горелкой. Стоимость более сложных моделей с высокопроизводительными моделируемыми горелками уже немалая. Зато такое оборудование более экономично и имеет гораздо более продолжительный срок эксплуатации.
  • Установить дизельный котел для дома можно без согласования в пожарной инспекции (это требуется, но практически не выполняется, как и в случае с твердотопливными котлами).
  • При установке не обязательно делать полноценный дымоход. Специфика устройства котла на солярке такова, что продукты горения под приличным давлением улетают в невысокую трубу. Для отвода дыма необходимо вывести сэндвич трубу от котла в стену, затем немного ее поднять, верхушку оснастить металлическим зонтом, чтобы не попадали внутрь осадки. Вот и весь дымоход.

    Котлы на жидком топливе бывают бытовые и промышленные

Современные котлы имеют автоматику, которая следит за работой системы. Но оставлять такие котлы без присмотра можно часов на 8-12. Более продолжительное отсутствие возможно при настроенной системе оповещения. Такая возможность есть у современной автоматики. В этом случае при возникновении аварийных ситуаций (погас котел и т.п.) на указанный номер телефона приходит СМС сообщение о возникшей проблеме. Стоит это оборудование немало. К тому же, если вы планируете использовать котел на солярке для дачи, будьте готовы, что несколько раз отопительный сезон вам придется наведаться на участок, чтобы запустить остановившуюся систему. Достаточно часто забиваются горелки, пропадает электричество или случаются другие нештатные ситуации, из-за которых котел отключается.

Недостатки котлов на солярке

Недостатков у котлов на светлом печном топливе (так правильно называть его) немало:

  • Для установки требуется отдельное помещение, отвечающее определенным требованиям.
  • Нужен немалый резервуар для солярки. В него желательно перед сезоном залить всю норму на сезон. Имея некоторые данные, можно просчитать расход топлива дизельного котла на отопление. Если основываться на общепринятых усредненных нормах расчета мощности отопительного оборудования, на обогрев здания в 150 м2 требуется котел на 15 кВт (в средней полосе России для домов среднего утепления). Если мощность горелки составляет 0,1 (данные есть в паспорте котла), то за один час работы на полную мощность расходоваться будет 1,5 литра топлива (15 кВт*0,1 = 1,5 литра). В день уйдет 36 литров. Если учесть, что для средней полосы России на полную мощность котел должен работать 120 дней, то  расход за сезон – 36*120=4320 литров. Емкость такого объема потребуется для обеспечения годовой потребности в жидком топливе. Но обычно резервуары берут с запасом. В данном случае нужна будет емкость на 5000 литров. Есть еще одна возможность – установить меньший резервуар, но заправлять его чаще.

    Один из недостатков дизельных котлов — большой расход топлива

  • Из приведенных выше расходов ясно виден один из основных недостатков котлов на солярке: отопление получается дорогое. Пусть солярка используется специальная и она на 20-30% дешевле автомобильной, но 4320 литров на год будут стоить очень и очень немало. Даже отопление на электричестве стоит дешевле, тем более с новыми экономичными котлами. Эта проблема сводится практически на нет, если использовать отработанное дизельное топливо, но тогда требуется другая горелка.
  • Есть у котлов на жидком топливе еще одна неприятная особенность: они сильно шумят при работе. Это еще одна причина, по которой приходится устраивать отдельную котельную (первая — сильный запах).
  • Низкий КПД – достаточно серьезная проблема. У электрокотлов КПД обычно выше 90%, у дизельных, особенно старых моделей — 75-85%. Новые модели гораздо более производительны и экономичны: производители понимают, что такое отопление далеко не самое выгодное и постоянно улучшают оборудование. Так котлы CTC Okotherm Unit имеют КПД 98%, но стоимость у них немалая.

Современные отопительные котлы на жидком топливе имеют специальной цилиндрической формы камеру сгорания, теплообменник из нержавейки или чугуна. Для лучшей теплоотдачи и увеличения КПД разрабатывают теплообменники так, чтобы теплоноситель для водяных котлов или воздух для воздухонагревателей, несколько раз проходил по нагретым дымоходным трубам.

Принцип действия

Работают они практически так же, как и на газе: в форсунку подается под давлением горючее, которое разбрызгивается и воспламеняется. Отличается конструкция форсунки.

Внутреннее строение жидкотопливного котла

Основные конструктивные элементы:

  • Камера сгорания. Их формы разрабатываются каждой фирмой. Они стремятся добиться более высокого КПД, но подавляющее большинство бытовых котлов на солярке имеет цилиндрическую топку.
  • Теплообменник. Тут формы могут быть разнообразными. Есть теплообменники из нержавейки, чугуна, меди, стали.
  • Дизельная горелка. Определяет эффективность работы котла и полноту сгорания топлива.
  • Автоматика. Регулирует уровень теплоотдачи, согласуя работу всех узлов и отслеживая заданные параметры.
  • Топливный насос – обеспечивает подачу топлива в горелку.

Если камера сгорания, теплообменник и автоматика выбираются в момент покупки и потом или не меняются вовсе (топка) или очень редко (автоматика), то топливный насос и дизельная горелка могут меняться для повышения эффективности системы. С насосами все более-менее понятно. Он должен обеспечивать требуемое давление и быть надежным.

Дизельные горелки – сложные устройства, которые обеспечивают работоспособность всей системы. Их можно менять и ставить изделия разных фирм. Давайте рассмотрим как они работают и чем отличаются.

Принцип работы горелки

Горелка – это, как правило, съемный узел и поставить вы можете любой, параметры которого отвечают мощности котла. Рекомендуют мощность горелки брать с запасом 10-15%  относительно мощности котла. Это даст возможность более плавно регулировать ее работу.

При помощи этого узла происходит распыление топлива на мелкие капли. За размеры капель и их направленность отвечает форсунка. Далее топливная взвесь смешивается с подаваемым вентилятором воздухом, а потом подается в камеру сгорания. Получается, что именно горелка отвечает за максимальное использование топлива.

Если рассматривать процесс сгорания подробно, происходит все следующим образом:

  • Насос подает на горелку топливо. Причем отбирается только нужное его количество, а избыток возвращается в бак.
  • Перед подачей на форсунку топливо разогревается (не во всех моделях есть эта ступень), затем фильтруется и поступает на сам распылитель.
  • В камеру сгорания подается одновременно поток воздуха и топливная взвесь.
  • Регулировка интенсивности процесса происходит при помощи лопаток специальной формы, которые создают вихревые потоки топливной взвеси и воздуха.
  • Расположенные перед грелкой электроды поджигают смесь.

    Котел на солярке. Принцип действия горелки

Типы горелок

Горелки могут быть трех видов: одноступенчатые, двухступенчатые и регулируемые. Самые простые – одноступенчатые. Они работают постоянно в одном режиме – на 100% мощности. Двухступенчатые могут работать в двух положения: на полную мощность и вполовину.

Самый дорогостоящие, но и самый эффективные и экономичные – регулируемые. Под управлением автоматики они потребляют то количество горючей смеси, которое необходимо для поддержания заданной температуры. При их использовании значительно сокращая расход топлива в дизельном котле.

Для создания мелкодисперсной пыли требуется подавать топливо на распылитель под большим давлением – это обеспечивается насосом. С другой стороны работает вентилятор, нагнетающий поток воздуха и обеспечивающий требуемый уровень насыщения топливной взвеси кислородом.

Различают еще горелки по типу устройства, обеспечивающего требуемое давление:

  • вентиляторные горелки  для создания давления используют вентилятор;
  • наддувные – используются мощные турбины, за счет чего повышается давление, капли получаются мельче и топливо сгорает полнее.

Выбор форсунки

Но это еще не все. Нужно правильно выбрать форсунку для горелки. Для правильной и эффективной работы дизельного котла правильный подбор форсунки очень важен. От качества распыления зависит КПД теплового агрегата, полнота сгорания топлива. Ведь форсунка распыляет топливо перед подачей его в камеру сжигания.

В паспорте к котлу есть угол распыла, который определяется формой камеры сжигания, мощностью агрегата и еще несколькими параметрами. В каждой конструкции и модели котла он может отличаться. Форсунка подбирается под это значение. Главное, чтобы на выходе топливо распылялось в виде конуса, а его угол соответствовал указанному в паспорте котла.

Экономичность котла во многом зависит от горелки

При неправильной работе горелки топливо сжигается неэффективно, часть его оседает в виде сажи на стенках теплообменника. Сажа — отличный теплоизолятор и небольшое ее количество значительно снижает эффективность работы. Так слой сажи в 1 мм снижает КПД почти вдвое.

Если у вас внутри топки есть сажа, дым из трубы идет сизый, увеличился расход топлива, а температура упала, самая вероятная причина — засорилась форсунка. Чтобы вернуть прежнюю эффективность работы, необходимо снять распыляющий узел, вынуть фильтр форсунки и промыть его неабразивными моющими средствами. После просушки поставить фильтр, а затем всю горелку на место. Если котел работает все равно недостаточно эффективно, скорее всего, требуется замена форсунки (в среднем – раз в год).

Монтаж дизельного котла

Монтаж дизельного котла — несложный. Важно правильно выставить и обеспечить правила пожарной безопасности

Требования к помещениям, где будет стоять котел на дизельном топливе, достаточно жесткие, но не запредельные. При установке аппарата мощностью до 150 кВт (отапливать в среднем можно 1500 м2) помещение должно иметь следующие габариты:

  • объем не менее 15 м3;
  • высоту потолков не ниже 2 м.

В помещении обязательно должна быть вентиляция и, как минимум, одно окно. Внутренняя отделка котельной должна быть негорючей (и стены и пол). При расположении помещения в подвале дополнительно требуется оборудованный пожарный выход.

Емкость для топлива можно располагать в том же помещении, или закопать на улице. Соединяют котел и емкость трубами, обычно медными.

Есть в использовании жидкого топлива еще несколько моментов, которые требуется учесть. Котельная должна отапливаться, так как при понижении температуры ниже +5oC солярка начинает густеть.  Она хуже течет, сгущаются парафины, которые мгновенно забивают горелку, останавливая систему. Выходы есть такие:

  • отапливать котельную;
  • установить на входе горелки фильтр;
  • использовать зимнее топливо или добавлять специальные присадки самостоятельно.

Из опыта использования дизельных котлов можно посоветовать следующие усовершенствования, которые повышают качество работы системы:

  • Если в вашем котле нет функции разогрева топлива перед подачей в горелку, следует тщательно провести теплоизоляцию резервуара для топлива и обеспечить его отопление. Греть до высоких температур не нужно. Все что требуется – поддерживать температуру на уровне +5oC. При нормальном утеплении на этой уходит порядка 100 Вт в час. Совсем немного.
  • Если покупаете котел импортного производства, или поставьте на входе дополнительный фильтр, или поменяйте «родной». Те, которые идут в комплекте, рассчитаны на европейское топливо, а не на отечественное. Они просто очень быстро забиваются и система останавливается.

Обзор производителей

Производителей дизельных котлов множество. Есть отечественные, из ближнего, дальнего зарубежья. Предложений столько, что выбрать трудно. В таком случае принято ориентироваться на самые популярные.

Дизельные котлы Kiturami (Китурами)

Удобны для отопления дач и домов с нерегулярным проживанием. Работают автономно, используется туброциклонная горелка – одна из последних разработок, которая позволяет экономить топливо. Есть возможность контролировать как температуру в помещении, так и температуру теплоносителя, встроена система самодиагностики.

Мощность котлов на дизельном топливе Kiturami (Китурами) от 10,5 до 34 кВт, расход топлива от 1,13 литр/час до 4,3 литр/час. Есть двухконтурные модели, с возможной подачей горячей воды от 3,8 литра/мин до 20 литр/мин.

Дизельные котлы Kiturami (Китурами)

Котлы «Будерус»

Кампания Buderus (Будерус) выпускает котлы на дизельном топливе из стали и чугуна. Популярны чугунные котлы модели Logano G  (Логано) . Есть мощностью от 25 кВт до 95 кВт. В другой линейке есть более мощные до 1200 кВт.

Работают на стандартном дизельном топливе или на горючем с пониженным содержанием серы. Интересны тем, что в модификации Unit горелки оптимизируют топливную смесь, добиваясь почти полного сгорания газа, что уменьшает образование сажи и количество выбросов. Эти агрегаты имеют простое управление, легкую установку требуемых параметров работы. Интересна может быть возможность расширения функционала автоматики путем установки дополнительных модулей (не нужно менять блок автоматики в целом, а лишь докупить блок, который обеспечивает интересующие вас функции).

Котлы «Будерус» на дизельном топливе

Стальные котлы Buderus Logano S выпускаются только промышленных мощностей – от 450 кВт мощности. Это промышленные агрегаты работать могут на двух видах горючего — газе и жидком топливе.

Navien

Корейские дизельные котлы Navien (Навьен ), выполнены в виде прямоугольника. Их дизайн больше похож на европейский. Отличительная черта —  небольшие габариты.

В котлах с маркировкой Navien KG имеется предварительный подогрев топлива перед подачей в форсунку. Наддувной вентилятор подает топливо под достаточно высоким давлением, чем обеспечивается также эффективное удаление продуктов горения в дымоход. Теплообменник из нержавейки, и адаптированный под российское топливо фильтр, который имеет сменные картриджи для простой и быстрой очистки или замены. Пульт управления русифицированный, автоматика защищена специальной микросхемой на входе, которая позволяет котлу работать без сбоев при параметрах сети 230 В ±30%.

Потому котлы на жидком топливе Navien достаточно популярны: производители учли многие особенности сетей нашей страны. Мощность от 13 кВт до 40 кВт, расход топлива от 1,46 литр/час до 4,65 литр/час, производительность по горячей воде – до 22,9 литр/мин

Дизельные котлы Navien

Saturn (Сатурн)

Котлы Saturn (Сатурн) – агрегаты еще одной корейской фирмы. Работают на дизельном топливе и керосине, использовать отработанное топливо производители не советуют. Отличаются наличием медного теплообменника (труба длиной 20 метров и диаметром 15 мм). Радуют обладателей тихой работой, минимальными размерами. Их можно ставить в жилом помещении. Мощность дизельных котлов Saturn (Сатурн) от 13,5 кВт до 35 кВт, расход топлива от 2,01 литр/час до 4,54 литр/час.

Котлы на жидком топливе Saturn (Сатурн)

Если сравнить с котлами Navien, налицо больший расход топлива на отопление при практически тоже мощности оборудования.

Котлы на жидком топливе Ferroli

Ferroli выпускает битопливные котлы. Они работают на газе и/или на жидком топливе. Корпус и теплообменник – чугунные. Корпус изолирован слоем стойкого к температурам материала. В модели GN2 N выпускается мощностью от 106 кВт до 252 кВт, масса от 360 кг до 780 кг.

Котлы на жидком топливе Ferroli

Чугунные котлы модели GF N работают на твердом и жидком топливе. Мощность котлов этой линейки от 12,7 кВт до 27,5 кВт. Оборудованы системой защиты от перегрева и предохранительным клапаном, в топке можно сжигать как крупные, так и мелкие куски древесины, переключать ее в режим «жидкого топлива». Эти модели только одноконтурные (воду не греют).

В принципе, уже из этих марок можно выбрать оборудование для любых условий и потребностей, а их на рынке еще не один десяток, а может, и не одна сотня. Так что вооружитесь терпением, и выбирайте. Удачи!

Как работают тепловые двигатели?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 сентября 2019 г.

В наш век топливных элементов и электромобили, паровозы (и даже автомобили с бензиновым двигателем) может показаться ужасно старой технологией. Но посмотрите на историю шире, и вы увидите, что даже самые старые паровой двигатель - действительно очень современное изобретение. Люди были использовать инструменты для увеличения своей мышечной силы примерно на 2.5 миллионов лет, но только за последние 300 лет или около того мы усовершенствовали искусство создания «мускулов» - машин с приводом от двигателя - которые работают все сами по себе. Другими словами: люди были без двигатели для более чем 99,9% нашего существования на Земле!

Теперь у нас есть двигатели, без которых, конечно, не обойтись. их. Кто мог представить себе жизнь без машин, грузовиков, кораблей или самолеты - все они приводились в движение мощными двигателями. И двигатели не просто перемещают нас по миру, они помогают нам его кардинально изменить.От мостов и туннелей до небоскребов и плотины, практически каждое крупное здание и сооружение, построенное людьми за последние пару веков был построен с помощью двигатели - краны, экскаваторы, самосвалы и бульдозеры среди их. Двигатели также подпитывают современную сельскохозяйственную революцию: подавляющая часть всех наших еда теперь собирается или транспортируется с помощью двигателя. Двигатели не заставляют мир идти раунд, но они участвуют практически во всем, что происходит на нашей планете.Давайте подробнее разберемся, что это такое и как они работай!

Artwork: Основная концепция теплового двигателя: машина, которая преобразует тепловую энергию в работу, перемещаясь туда и обратно между высокой и низкой температурой. Типичный тепловой двигатель приводится в действие за счет сжигания топлива (внизу слева) и использует расширяющийся-сжимающийся поршень (вверху в центре) для передачи энергии топлива на вращающееся колесо (внизу справа).

Что такое тепловая машина?

Двигатель - это машина, которая энергия, заключенная в топливе, превращается в силу и движение.Уголь нет очевидное использование кто угодно: это грязное, старое, каменистое вещество, похороненное под землей. Сжечь это в двигатель, однако вы можете высвободить содержащуюся в нем энергию, чтобы силовые заводские машины, автомобили, лодки или локомотивы. То же самое верно других видов топлива, таких как природный газ, бензин, древесина и торф. поскольку двигатели работают, сжигая топливо для выделения тепла, иногда они называется тепловые двигатели . Процесс сжигания топлива включает в себя химическая реакция, называемая горением , где топливо сгорает в кислород в воздухе для образования углекислого газа и пара.(Как правило, двигатели также загрязняют воздух, потому что топливо не всегда чистое на 100% и не горит идеально.)

Есть два основных типа тепловых двигателей: внешнего сгорания и внутреннего сгорания. сжигание:

  • В двигателе внешнего сгорания топливо горит снаружи и вдали от основной части двигателя, где сила и движение производятся. Хороший пример - паровая машина: уголь горит на одном конце, который нагревает воду для образования пара.Пар подается в прочный металлический цилиндр , где он перемещает плотно прилегающий поршень называется поршень вперед-назад. В движущийся поршень приводит в действие все, к чему прикреплен двигатель (возможно, заводской автомат или колеса паровоза). Это внешний двигатель внутреннего сгорания, потому что уголь горит снаружи, а некоторые расстояние от цилиндра и поршня.
  • В двигателе внутреннего сгорания топливо горит внутри цилиндр. Например, в типичном автомобильном двигателе есть что-то вроде четырех-шести отдельных цилиндров, внутри которых бензин постоянно горит кислородом, выделяя тепловую энергию.В цилиндры «зажигаются» поочередно, чтобы двигатель постоянный источник энергии, приводящий в движение колеса автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания обычно намного эффективнее, чем внешние двигатели внутреннего сгорания, потому что энергия не расходуется на передачу тепла от огонь и бойлер к баллону; все происходит в одном месте.

Художественное произведение: В двигателе внешнего сгорания (таком как паровой двигатель) топливо горит вне цилиндра, и тепло (обычно в виде горячего пара) необходимо отводить на некоторое расстояние.В двигателе внутреннего сгорания (таком как двигатель автомобиля) топливо горит прямо внутри цилиндров, что намного эффективнее.

Как двигатель приводит в действие машину?

В двигателях

используются поршни и цилиндры, поэтому мощность, которую они производят, равна непрерывное возвратно-поступательное движение, толкающее и вытягивающее или возвратно-поступательное движение движение. Проблема в том, что многие машины (и практически все автомобили) полагаются на на колесах, которые вращаются и вращаются - другими словами, вращаются движение. Существуют различные способы поворота возвратно-поступательного движения. движение во вращательное движение (или наоборот).Если вы когда-нибудь смотрели паровой двигатель гудит, вы заметите, как колеса приводится в движение кривошипом и шатуном: простой рычажный рычаг, который соединяет одну сторону колеса с поршнем, чтобы колесо вращается, когда поршень качается вперед и назад.

Альтернативный способ преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение использовать шестерни. Вот что гениальный шотландский инженер Джеймс Ватт (1736–1819) решил заняться этим в 1781 году, когда обнаружил кривошипно-шатунный механизм. необходимо было использовать в его усовершенствованной конструкции парового двигателя, фактически, уже защищен патентом.Дизайн Ватта известен как Солнце и планетарная передача ) и состоит из двух и более передач колеса, одно из которых (планета) толкается вверх и вниз поршнем стержень, вращающийся вокруг другой шестерни (Солнца) и заставляющий ее вращаться.


Фото: Два способа преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное: Первое фото: Солнце и планетарная шестерня. Когда поршень движется вверх и вниз, шестерни вращаются. Второе фото: В этом токарном станке с ножным приводом просто решена проблема преобразования вертикального движения в круговое.Когда вы нажимаете на педаль вверх и вниз, вы заставляете струну подниматься и опускаться. Это заставляет вал, к которому прикреплена струна, вращаться со скоростью, приводя в действие токарный станок и сверло или другой инструмент, прикрепленный к нему. Обе фотографии сделаны в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.

Некоторым двигателям и машинам необходимо преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное движение. Для этого вам нужно что-то, что работает в путь, противоположный коленчатому валу, а именно кулачок. Камера - это некруглое (обычно яйцевидное) колесо, имеющее что-то вроде бар, опирающийся на него.Когда ось поворачивает колесо, колесо заставляет штангу подниматься и опускаться. Не можете себе это представить? Попробуйте представить себе машину, колеса которой яйцевидной формы. При движении колеса (кулачки) поворачиваются как обычно, но кузов автомобиля подпрыгивает и вниз одновременно - поэтому вращательное движение производит возвратно-поступательное движение (подпрыгивание) у пассажиров!

Кулачки работают во всех типах машин. Есть камера в электрическая зубная щетка, которая делает щетка движется вперед и назад, когда внутри вращается электродвигатель.

Типы двигателей

Фото: Внешнее сгорание: Этот стационарный паровой двигатель использовался для закачки природного газа в дома людей с 1864 года. Фотография сделана в Think Tank.

Существует около полдюжины основных типов двигателей, которые вырабатывают энергию за счет сжигания топлива:

Двигатели внешнего сгорания

Балочные двигатели (атмосферные двигатели)

Первые паровые машины были гигантскими машинами, которые заполняли целые здания. и они обычно использовались для откачки воды из затопленных шахт.Первопроходец англичанин Томас Ньюкомен (1663 / 4–1729) в начале 18 века они имели один цилиндр и поршень, прикрепленный к большой балке, которая раскачивалась взад и вперед. Тяжелая балка обычно наклонялась вниз так, чтобы поршень находился высоко в цилиндре. В цилиндр закачивался пар, затем вбрызгивалась вода, охлаждающая пар, создавая частичный вакуум и заставляя луч отклоняться назад наоборот, до повторения процесса. Лучевые двигатели были важным технологическим достижением, но они были слишком большими, медленными и неэффективными, чтобы приводить в действие заводские машины и поезда.

Иллюстрация: Как работает атмосферный (пучковый) двигатель (упрощенно). Двигатель состоит из тяжелой балки (серая), установленной на башне (черная), которая может качаться вверх и вниз. Обычно балка наклоняется вниз и вправо под весом присоединенного к ней насосного оборудования. Водогрейный котел (1) выпускает пар (2) в цилиндр (3). Когда цилиндр наполнен, из бака (4) впрыскивается холодная вода. Это конденсирует пар, создавая более низкое давление в цилиндре.Поскольку атмосферное давление (воздух) над поршнем выше, чем давление под ним, поршень толкается вниз, вся балка наклоняется влево, а насос тянется вверх, вытягивая воду из шахты (5).

Паровые машины

В 1760-х годах Джеймс Ватт значительно усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, сделав ее меньше, эффективнее и мощнее - и эффективно превращает пар двигатели в более практичные и доступные машины. Работа Ватта привела к стационарному пару двигатели, которые можно использовать на заводах, и компактные движущиеся двигатели которые могли приводить в действие паровозы.Подробнее читайте в нашей статье о паровых двигателях.

Двигатели Стирлинга

Не все двигатели внешнего сгорания огромны и неэффективны. Шотландский священнослужитель Роберт Стирлинг (1790–1878) изобрел очень умную двигатель, имеющий два цилиндра с поршнями, приводящими в действие два кривошипа вождение одного колеса. Один цилиндр постоянно поддерживается горячим (нагревается внешней энергией). источник, который может быть чем угодно, от угольного костра до геотермальной энергии поставка), а другой постоянно остается холодным. Двигатель работает перекачивает тот же объем газа (постоянно запечатанный внутри двигатель) вперед и назад между цилиндрами через устройство, называемое регенератор , который помогает сохранять энергию и значительно увеличивает КПД двигателя.Двигатели Стирлинга не обязательно предполагают сгорание, хотя они всегда питаются от внешнего источника тепла. Узнайте больше в нашей основной статье о двигателях Стирлинга.

Фото: Машинный зал Think Tank (научный музей в Бирмингеме, Англия) представляет собой удивительную коллекцию энергетических машин XVIII века. Среди экспонатов - огромный паровой двигатель Сметвик, самый старый действующий двигатель в мире. Это не показано на этом снимке, в основном потому, что оно было слишком большим для фотографирования!

Двигатели внутреннего сгорания

Бензиновые двигатели

В середине 19 века несколько европейских инженеров, в том числе Француз Жозеф Этьен Ленуар (1822–1900) и немец Николаус Отто (1832–1891) усовершенствовал двигатели внутреннего сгорания, которые сжигали бензин.Для Карла Бенца (1844–1929) это был короткий шаг. подключить один из этих двигателей к трехколесному перевозки и создать первый в мире автомобиль, работающий на газе. Читать далее в нашей статье о автомобильных двигателях.

Фото: мощный бензиновый двигатель внутреннего сгорания от спортивного автомобиля Jaguar.

Дизельные двигатели

Позже, в 19 веке, другой немецкий инженер, Рудольф Дизель (1858–1913), понял, что может сделать гораздо более мощный внутренний двигатель внутреннего сгорания, который может работать на самых разных видах топлива.В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели сжимают топливо намного сильнее. он самопроизвольно загорается и выделяет тепловую энергию заперт внутри него. Сегодня дизельные двигатели по-прежнему являются предпочтительными машинами для вождения. тяжелые транспортные средства, такие как грузовики, корабли и строительные машины, а также многие автомобили. Подробнее читайте в нашей статье о дизельных двигателях.

Роторные двигатели

Одним из недостатков двигателей внутреннего сгорания является то, что они нужны цилиндры, поршни и вращающийся коленчатый вал, чтобы использовать их мощность: цилиндры неподвижны, поршни и коленчатый вал постоянно двигаются.Роторный двигатель - это кардинально другая конструкция двигателя внутреннего сгорания, в котором "цилиндры" (которые не всегда цилиндр по форме) вращаются вокруг неподвижного коленчатого вала. Хотя роторные двигатели восходят к 19 веку, возможно, наиболее известной конструкцией является относительно современный роторный двигатель Ванкеля , особенно используется в некоторых японских автомобилях Mazda. Статья в Википедии о Роторный двигатель Ванкеля - хорошее вступление с красивой небольшой анимацией.

Теоретические двигатели

Фото: Паровые двигатели по своей сути неэффективны.Работа Карно говорит нам, что для максимальной эффективности пар в двигателе как будто это нужно перегреть (так что это выше его обычная температура кипения 100 ° C), а затем дать ему максимально расшириться и остыть в цилиндрах, чтобы передать как можно больше энергии поршням.

Пионерами двигателей были инженеры, а не ученые. Ньюкомен и Ватт были скорее практическими «деятелями», чем ломающими голову теоретическими мыслителями. Лишь когда в 1824 году появился француз Николя Сади Карно (1796–1832), то есть спустя более столетия после того, как Ньюкомен построил свой первый паровой двигатель, были предприняты любые попытки понять эту теорию. о том, как работают двигатели и как их можно улучшить с истинно научной точки зрения.Карно интересовался, как сделать двигатели более эффективными (в другими словами, как можно получить больше энергии из того же количества топлива). Вместо того, чтобы возиться с настоящим паровым двигателем и пытаться его улучшить методом проб и ошибок (такой же подход, который использовал Ватт с движком Ньюкомена), он заставил себя теоретический двигатель - на бумаге - и вместо этого поигрался с математикой.

Цикл Карно

Тепловая машина Карно представляет собой довольно простую математическую модель. о том, как в теории может работать наилучший поршневой и цилиндровый двигатель, путем бесконечного повторения четырех шагов, которые теперь называются циклом Карно .Мы не собираемся здесь подробно останавливаться на теории или математике (если вам интересно, см. Страница цикла Карно НАСА и превосходные тепловые двигатели: страница цикла Карно Майкла Фаулера с превосходной флэш-анимацией).

Базовый двигатель Карно состоит из газа, заключенного в цилиндр с поршнем. Газ берет энергию от источника тепла, расширяется, охлаждается и выталкивает поршень. Когда поршень возвращается в цилиндр, он сжимает и нагревает газ, поэтому газ завершает цикл с точно такими же давлением, объемом и температурой, с которых был начат.Двигатель Карно не теряет энергии на трение или окружающую среду. Это полностью обратимо - теоретически совершенная и совершенно теоретическая модель работы двигателей. Но это также многое говорит нам о реальных двигателях.

Насколько эффективен двигатель?

Стоит отметить вывод, к которому пришел Карно: эффективность двигателя (реальная или теоретическая) зависит от максимальной и минимальной температур, между которыми работает . С математической точки зрения, эффективность двигателя Карно, работающего от Tmax (его максимальная температура) до Tmin (минимальная температура):

(Tmax − Tmin) / Tmax

, где обе температуры измеряются в кельвинах (К).Повышение температуры жидкости внутри цилиндра в начале цикла делает его более эффективным; уменьшение температуры на противоположном конце цикла также делает его более эффективным. Другими словами, действительно эффективная тепловая машина работает между максимально возможной разницей температур. Другими словами, мы хотим, чтобы Tmax была как можно выше, а Tmin как можно меньше. Вот почему такие вещи, как паровые турбины на электростанциях, должны использовать градирни, чтобы максимально охладить пар: именно так они могут получить максимум энергии от пара и произвести больше электроэнергии.В реальном мире движущиеся транспортные средства, такие как автомобили и самолеты, очевидно, не могут иметь ничего похожего на градирни, и трудно достичь низких температур Tmin, поэтому мы обычно фокусируемся на повышении Tmax. Настоящие двигатели - в автомобилях, грузовиках, реактивных самолетах и ​​космических ракетах - работают. при чрезвычайно высоких температурах (поэтому они должны быть построены из высокотемпературных материалы, такие как сплавы и керамика).

Каков максимальный КПД двигателя?

Есть ли предел эффективности теплового двигателя? Да! Tmin никогда не может быть меньше нуля (при абсолютном нуле), поэтому, согласно Согласно приведенному выше уравнению, никакой двигатель не может быть эффективнее, чем Tmax / Tmax = 1, что равно 100-процентной эффективности, и большинство настоящие двигатели даже близко не подходят к этому.Если бы у вас был паровой двигатель, работающий при температуре от 50 ° C до 100 ° C, это будет около 13 процентов эффективности. Чтобы добиться 100-процентной эффективности, вам нужно охладить пар. до абсолютного нуля (−273 ° C или 0K), что, очевидно, невозможно. Даже если бы вы могли охладить его до заморозки (0 ° C или 273K), вы все равно сможете достичь эффективности только на 27 процентов.

Диаграмма

: Тепловые двигатели более эффективны, когда они работают при больших перепадах температур. Предполагая, что минимальная ледяная температура остается постоянной (0 ° C или 273K), эффективность медленно растет по мере увеличения максимальной температуры.Но обратите внимание, что мы получаем убывающую отдачу: с каждым повышением температуры на 50 ° C эффективность с каждым разом растет все меньше. Другими словами, мы никогда не сможем достичь 100-процентной эффективности, просто подняв максимальную температуру.

Это также помогает нам понять, почему более поздние паровые двигатели (впервые разработанные такими инженерами, как Ричард Тревитик) и Оливер Эванс) использовали гораздо более высокое давление пара , чем давление пара, производимое такими людьми, как Томас Ньюкомен. Двигатели с более высоким давлением были меньше, легче и легче устанавливались на движущихся транспортных средствах, но они также были намного эффективнее: при более высоком давлении вода закипает при более высоких температурах, и это дает нам большую эффективность.При двойном атмосферном давлении вода закипает при температуре около 120 ° C (393K), что дает эффективность 30%. с минимальной температурой 0 ° C; при давлении, в четыре раза превышающем атмосферное, температура кипения составляет 143 ° C (417K), а эффективность приближается к 35 процентам. Это большое улучшение, но до 100 процентов еще далеко. Паровые турбины на электростанциях используют действительно высокое давление (в 200 раз превышающее атмосферное давление). типично). При 200 атмосфер вода кипит при температуре около 365 ° C (~ 640K), что дает максимальную теоретическую эффективность около 56 процентов, если мы также можем охладить воду вплоть до замерзания (и если нет других тепловых потерь или неэффективности).Даже в этих экстремальных и идеальных условиях мы все еще очень далеки от 100-процентной эффективности; реальные турбины с большей вероятностью достигнут 35–45 процентов. Сделать эффективные тепловые двигатели намного сложнее, чем кажется!

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Один из лучших способов понять движки - это посмотреть, как они работают. Вот два очень хороших сайта, которые исследуют широкий спектр различных движков:

  • Анимированные движки: этот замечательный сайт охватывает практически все виды движков, о которых вы только можете подумать, с простой для понимания анимацией и очень четкими письменными описаниями.
  • Посмотрите, как работают двигатели: Коллекция очень красиво нарисованных анимаций реальных двигателей из Лондонского музея науки. (Архивировано через Wayback Machine.)

Книги

Вводный
  • Шесть легких пьес Ричарда П. Фейнмана. Penguin, 1998. Глава 4 представляет собой очень оригинальное объяснение сохранения энергии, включая довольно простое объяснение того, почему ни один двигатель или машина не являются более эффективными, чем идеально обратимые (идеальные).
Более сложный
Детские книги

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2019) Двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/engines.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте ...

.

Насколько эффективен конденсационный котел? (2020)

В чем разница между обычным котлом и конденсационным котлом?

Выбор лучшего типа конденсационного котла для ваших индивидуальных нужд может быть трудным. Однако получение правильной информации может значительно упростить процесс принятия решений и предоставить вам лучшую цену на конденсационный котел. Вот почему в этой статье вы получите ускоренный курс по котлам, в том числе о том, как найти лучших конденсационных котлов типов и поставщиков котлов .

В обычных системах отопления (например, в газовых котлах) нагретые газы проходят через поверхность теплообмена котла, передавая генерируемую энергию в систему распределения тепла, такую ​​как полы с подогревом и радиаторы. После этого дымовые газы выбрасываются в атмосферу через дымоход котла.

Таким образом, определенное количество тепла теряется, потому что вместе с газами выталкивается значительное количество пара, образующегося в процессе горения.Благодаря этому выпускаемый пар несет в себе неиспользованное количество энергии испарения.

Здесь конденсационный котел становится экономичным выбором smart , environmental и по сравнению с обычными котлами, поскольку они способны преобразовывать энергию испарения в тепло.

Просто заполнив свои личные предпочтения в контактной форме в начале этой страницы, вы можете получить до четырех предложений от лучших поставщиков для ваших индивидуальных потребностей.Это бесплатно и без обязательств .

Подробнее о конденсационных котлах

Конденсационные котлы могут обеспечить КПД 90%

Конденсационный котел не только является хорошим вариантом, если вы беспокоитесь о своем углеродном следе, но производители конденсационных котлов также заявляют, что КПД их продукции может достигать 98%. Как правило, КПД обычных котлов может достигать 70-80%.

Эти высокоэффективные котлы в значительной степени обязаны преобразованием тепла своей камере сгорания. Принцип их работы заключается в том, что теплообменник отбирает не только тепло, возникающее при сгорании топлива, но и тепловую энергию, полученную при конденсации водяного пара, и передает ее в систему отопления дома.

Используя вышеприведенную терминологию, можно сказать, что конденсационные котлы обеспечивают самую высокую теплотворную способность с точки зрения тепловой мощности, тогда как обычные газовые или электрические котлы обеспечивают самую низкую теплотворную способность.Следовательно, за счет конденсации конденсационный котел может обеспечить дополнительных от 10% до 15% КПД .

Чтобы количественно определить разницу между самой низкой и самой высокой теплотворной способностью конденсационного котла, важно принять во внимание вид топлива , на котором работает котел. Для природного газа эта разница составляет около 11%. Это означает, что КПД котла может достигать 90-91% при полной конденсации (80% от сжигания топлива и 11% от конденсации пара).

В конденсационном котле с высокоэффективным теплообменником выделяемые газы охлаждаются до температуры, практически равной температуре воды из обратного контура. Следовательно, коэффициент полезного действия приближается к отметке 91% и, следовательно, почти достигает физических ограничений котла.

Степень, в которой конденсационный котел может полностью использовать тепловую энергию, образующуюся в результате конденсации, зависит в первую очередь от заданной температуры системы отопления.

Чем ниже температура воды, поступающей в конденсатор, тем эффективнее будет процесс охлаждения газа. Впоследствии эффект конденсации можно использовать в полной мере. Таким образом, если вы хотите повысить общую производительность вашей системы отопления, важно придать большее значение вопросу , чтобы максимально увеличить эффект конденсации в вашем котле.

В этой таблице обобщена информация о затратах на конденсацию для различных типов котлов.Это даст вам лучшее представление о КПД конденсационного котла с точки зрения того, что может отображаться в вашем счете за электроэнергию.

Тип котла по цене и КПД
Тип котла Квартира Смежный дом Отдельно стоящий КПД
Газовый тяжеловес £ 790 £ 1,210 £ 1,720 55%
Старый газовый облегченный £ 670 £ 1,020 £ 1,450 65%
Новые без конденсации £ 580 £ 850 £ 1,210 78%
Новая конденсационная £ 450 £ 740 £ 1,050 92%

* Источник: Sedbuk

Как работает конденсационный котел?

Принципы работы конденсационного котла известны уже сто лет, но использование его стало возможным только недавно.Это связано с тем, что производители конденсационных котлов теперь могут использовать технологические достижения в области конструкции из нержавеющей стали и коррозионно-стойких сплавов. Но как работают конденсационные котлы?

При охлаждении водяные пары внутри котла превращаются в жидкость в процессе конденсации. Это высвобождает определенное количество тепловой энергии.

Конденсация котла происходит в специально разработанном теплообменнике , который поглощает тепло и передает его в систему отопления.В то время как в обычном котле цель состоит в том, чтобы избежать процесса конденсации, в конденсационном котле этот же процесс важен для производства тепла.

Количество тепла, которое может быть произведено при сжигании единицы топлива, включая тепло, выделяемое при конденсации пара, называется наивысшей теплотворной способностью. Такое же количество произведенного тепла, без учета тепловой энергии, возникающей в результате конденсации, называется самой низкой теплотворной способностью.

Подробнее о механике конденсационного котла

В конденсационных котлах

рядом с теплообменником установлен встроенный вентилятор, работающий со спидометром.В связи с этим конденсационные котлы имеют закрытую камеру сгорания , соединенную с коаксиальным дымоходом, через который отходят дымовые газы. Контроль скорости вращения вентилятора помогает поддерживать оптимальную степень сгорания воздуха и газа. Чтобы свести к минимуму потерю тепла дымовыми газами, важно, чтобы теплообменник позволял конденсацию водяного пара.

Процесс конденсации достигает своего пика, когда поверхность теплообменника равна или ниже температуры точки росы .Температура точки росы - самая надежная единица измерения влажности и комфорта воздуха. В нормальных условиях точка росы природного газа составляет около 57 градусов Цельсия. Следовательно, для работы котла в конденсационном режиме температура теплоносителя в обратном контуре не должна превышать 57 градусов Цельсия.

Если вышеуказанные условия не будут достигнуты, то КПД конденсационного котла снизится. Даже в этой ситуации котел все равно будет на 4-5% эффективнее , чем обычный котел.

Чем выше КПД (COP) конденсационного котла, тем ниже будет температура в системе отопления. Таким образом, конденсационный котел будет более эффективным, если он будет совмещен с водяным теплым полом с температурой подачи от 40 до 45 градусов Цельсия.

Поскольку не существует рекомендуемой минимальной температуры теплоносителя, котел, подключенный к системе теплого пола, может работать без специальных устройств для понижения температуры .Однако это применимо только для полов большой площади и только в том случае, если система отопления не сильно колеблется.

Некоторые практические рекомендации по эксплуатации конденсационных котлов

  • Установить котел со специально разработанными системами низкотемпературного отопления (желательно не выше 60/40 ° C, или максимум 70/50 ° C)
  • Используйте только пластмассовые дымоходы или керамические (желательно у специализированных дилеров / производителей)

Используя конденсационный котел, вы улучшите общий уровень комфорта, обеспечиваемый вашей системой отопления, и снизите уровень потребления газа на 15-20% .

Какие типы конденсационных котлов самые лучшие?

Существует два основных типа конденсационных котлов: системных котлов и комбинированных котлов . Системный котел - хороший выбор для больших домов или домов с низким давлением воды. Комбинированный котел - идеальный выбор для домов, где требуется отопление по запросу.

При этом оба типа конденсационных котлов могут быть разных форм и размеров. Вот обзор различных типов:

  • Настенные котлы : Этот тип конденсационных котлов, также называемый иногда навесными котлами, очень удобен из-за их меньшего размера и потому, что они могут быть установлены вместе с модульными котлами.
  • Напольные котлы : Котлы этого типа, также называемые напольными котлами или напольными котлами, крупнее настенных котлов и могут производить больший объем горячей воды.
  • Одноконтурные котлы : Система трубопроводов представляет собой одиночный замкнутый контур, что означает, что имеется единственная основная подводящая вода, по которой вода входит и выходит из котла. Риск этого типа отопительной установки заключается в том, что, если он не сбалансирован должным образом, он будет нагревать дом неравномерно в зависимости от контура горячей воды.
  • Двухконтурные котлы : Этот тип котельной системы имеет два отдельных трубопровода, один из которых отводит нагретую воду от котла и нагревает дом, а второй направляет воду к котлу для повторного нагрева. Этот тип котла правильно сбалансирован и в такой же степени может обогреть весь дом.

Найдите лучшие предложения котлов

Может быть трудно сделать выбор между всеми этими разными типами котлов, особенно если взвесить преимущества большей оплаты за покупку.Хорошая вещь с конденсационными котлами состоит в том, что, хотя их стоимость может быть выше в самом начале, инвестиции окупаются вовремя за счет экономии денег на счетах за электроэнергию.

Если вы решили купить котел, но не уверены, какой тип лучше всего подходит для ваших нужд, мы готовы помочь. Просто заполните форму на этой странице, указав свои личные предпочтения и информацию, и мы предоставим вам до четырех разных поставщиков .Услуга бесплатно , без обязательств , и занимает всего минут .

.

Как работает жидкий котел?

Жидкотопливный котел работает очень похоже на газовый котел. Топливо, в данном случае масло, воспламеняется в камере сгорания, и теплообменник нагревает холодную воду либо из сети в комбинированной системе, либо из бака для холодной воды в обычной системе. Нагретую воду можно использовать в радиаторах, кранах и душах, чтобы обеспечить ваш дом отоплением и горячей водой.

Жидкотопливный котел должен иметь такой же КПД, как и газовый.Согласно строительным нормам, масляные котлы должны иметь класс энергопотребления не менее 86 процентов, или A +. Котел, работающий на конденсатном топливе, обычно имеет КПД 90% или выше. Нефть - более эффективное топливо, чем газ. Это связано с тем, что нефтяные котлы используют почти все тепло и дополнительный газ, которые образуются при сжигании топлива, превращая его в дополнительную тепловую энергию, что сокращает потери. Это означает, что вы получите хорошую отдачу от каждой единицы энергии.

Основное различие между газовым и масляным котлом заключается в том, как приборы хранят топливо.Газовый котел не нуждается в хранении газа, потому что он подключен к сети, а это означает, что он имеет постоянный запас топлива. Напротив, масляный котел требует резервуара для хранения масла до тех пор, пока оно не понадобится.

Масляный бак должен располагаться на вашей территории, при этом необходимо соблюдать определенные правила установки. Основание резервуара должно быть достаточно прочным, чтобы выдержать вес резервуара и его содержимого. Резервуар должен стоять на твердом основании, будь то бетон или тротуарная плитка толщиной не менее 42 мм и выступающая не менее чем на 300 мм за периметр резервуара.Если резервуар расположен довольно близко к вашему дому, между резервуаром и вашим домом должна быть установлена ​​противопожарная стена.

В резервуаре должен быть установлен автоматический запорный клапан, который предотвратит распространение огня в котле на резервуар. Это было бы чрезвычайно опасно и могло привести к возгоранию масляного бака.

Современные масляные резервуары обычно изготавливаются из пластика и относительно просты в обслуживании. Бак необходимо будет дозаправлять по мере необходимости, чтобы убедиться, что у вас никогда не закончится масло.Некоторым людям нужно заправлять бак только один раз в год, однако в больших домах с большим количеством радиаторов вы можете обнаружить, что бак нужно заправлять пару раз каждую зиму.

Как и в газовой системе отопления, в вашем доме должен быть хотя бы один термостат, который сообщает вам температуру в помещении. Этот термостат следует размещать вдали от радиатора и под прямыми солнечными лучами, чтобы он обеспечивал точные измерения. Термостат и бойлер должны быть соединены блокировкой.Это предотвратит дальнейшее нагревание вашего дома котлом после достижения заданной температуры. Все радиаторы должны иметь термостатические радиаторные клапаны в качестве дополнительного способа контроля тепла в вашем доме.

.

Котлы - Как работают паровые двигатели

Пар высокого давления для паровой машины поступает от котла . Работа котла заключается в подаче тепла на воду для создания пара. Есть два подхода: пожарная трубка и водяная трубка .

Жаротрубный котел был более распространен в 1800-х годах. Он состоит из бака с водой, перфорированного трубами. Горячие газы от угольного или дровяного костра проходят по трубам для нагрева воды в резервуаре, как показано здесь:

Объявление

В жаротрубном котле весь резервуар находится под давлением, поэтому, если резервуар лопнет, это приведет к сильному взрыву.

Более распространенными сегодня являются водотрубные котлы , в которых вода проходит через решетку из труб, расположенных в горячих газах от огня. На следующей упрощенной схеме представлена ​​типовая компоновка водотрубного котла:

В реальном котле все было бы намного сложнее, потому что цель котла - извлечь все возможные частицы тепла из горящего топлива для повышения эффективности.

Для получения дополнительной информации о паровых двигателях и всевозможных других двигателях перейдите по ссылкам ниже.

Статьи по теме HowStuffWorks

Другие интересные ссылки

.

Смотрите также