Maszynoznawstwo_energetyczne_druk.pdf

Tematy kolejnych wykładów

1. Człowiek a energia

2. Wybrane zagadnienia energetyki cieplnej

3. Zasoby i rezerwy energetyczne, paliwa

4. Konwersja i magazynowanie energii

5. Siłownie i niektóre urządzenia pomocnicze elektrowni

6. Kotły parowe

7. Turbiny parowe

8. Turbiny gazowe i układy kombinowane

9. Spalinowe silniki tłokowe

10. Sprężarki i wentylatory

11. Pompy, urządzenia chłodnicze

12. Elektrownie jądrowe

13. Energetyka niekonwencjonalna

14. Urządzenia do oczyszczania spalin

15. Ogrzewanie i wentylacja

Dr inż.. Tomasz Hardy

Maszynoznawstwo energetyczne

Sierpień 2010r.

Człowiek a energia

Rozwój maszyn i urządzeń oraz związane z nim formy przetwarzaniaenergii:

Wykaz literatury

siła fizyczna

i umysłowa

człowieka:

wiatr:

woda:

opanowanie ognia  15080 tyś. lat p.n.e.,

żarna  55004250 p.n.e.,

odlewnictwo  42503750 p.n.e.,

żagiel  37503250 p.n.e.,

młyn wiatrowy europejski  w Europie w X w. n.e.,

koło czerpakowe  32502750 p.n.e.,

pompa tłocząca  150 p.n.e.,

młyn wodny  80 n.e.,

turbina wodna  1827 n.e.,

wykorzystanie siły zwierząt  37503250 p.n.e.,

miedź, srebro, ołów  4250-3750 p.n.e., żelazo  1400 p.n.e.,

maszyna parowa Newcomena  1712,

maszyna parowa Watta  ze skraplaczem  1769,

turbina parowa Parsonsa  1884,

silnik spalinowy Otto z zapłonem iskrowym  1876,

silnik spalinowy Diesla z zapłonem samoczynnym  1892,

turbina gazowa  1939,

silnik turboodrzutowy Von Ohaina  1939

ogniwo paliwowe  1959,

silnik elektryczny Faradaya  1825,

prądnica elektryczna Faradaya  1931,

Archimedes zapalił okręty promieniowaniem słonecznym skupionym lustrami 

200 lat p.n.e.,

silnik parowy z kolektorem słonecznym Schumana  1913,

reaktor Fermiego (USA)  1942,

elektrownia jądrowa w Obrinsku (ZSRR)  1955.

Literatura podstawowa

Z. Gnutek, W. Kordylewski: Maszynoznawstwo energetyczne, Oficyna Wyd. PWr,

Wrocław, 2003.

Z. Gnutek, W. Kordylewski: Maszynoznawstwo energetyczne, Oficyna Wyd. PWr,

Wrocław, 1994.

zwierzęta:

wytop metali:

energia cieplna:

Literatura uzupełniająca

W. Biały: Maszynoznawstwo, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2004.

D.Laudyn, M.Pawlik, F.Strzelczyk: Elektrownie, WNT, Warszawa, 1997, 2010.

energia chemiczna:

W.R.Gundlach: Podstawy maszyn przepływowych i ich systemów energetycznych,

Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2007.

R. Szafran: Podstawy Procesów Energetycznych, Oficyna Wyd. PWr., Wrocław, 1997.

energia elektryczna:

Polecane są także inne dostępne publikacje obejmujące treść poszczególnych wykładów, a

przeznaczone dla studentów kierunków: energetyka oraz mechanika i budowa maszyn

wyższych uczelni technicznych.

energia słoneczna:

energia jądrowa:

Człowiek a energia

Wzrost mocy urządzeń napędowych w ostatnich stuleciach

Człowiek a energia

Rys historyczny

Koło wodne nasiębierne

Wiatrak wieżyczkowy

Maszyna parowa Newcomena: 1 –kocioł, 2 –cylinder,

3 -dźwignia, 4 – przeciwwaga

Maszyna parowa Watta z układem korbowym

Człowiek a energia

Porównanie wskaźnika zużycia energii pierwotnej oraz energochłonności

gospodarek wybranych krajów w 1989r.

Korzystanie przez człowieka z różnych nośników energii zależało od

możliwości technicznych, które zdołał stworzyć, dlatego poszczególne

formy energii pojawiły się w użyciu w odpowiednim czasie:

drewno  od opanowania ognia,

praca zwierząt  około 4 tys. lat p.n.e.,

energia wody i wiatru  53 tys. lat p.n.e.,

węgiel  w Europie w 1113 r.,

ropa naftowa  1853 r. (Łukasiewicz),

gaz (oświetlenie)  1792 r. (Murdock),

energia elektryczna  1831 r. (Faraday),

energia geotermalna  1946 r.,

energia jądrowa  1955 r. (pierwszy reaktor).

Wielkość

Kraj

Polska

Austria

Francja

Niemcy

USA

Dzienne zużycie

energii pierwotnej

na mieszkańca, MJ

380

370

460

520

930

Energochłonność

krajowego produktu

brutto, t p.u./10 3 USD

1,07

0,36

0,42

0,46

0,6

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Energetyka zajmuje się przetwarzaniem energii pierwotnej ,

zawartej w różnych nośnikach energii, na formy energii

bezpośrednio przydatne użytkownikowi, jak energia elektryczna

lub cieplna.

Maszyna - obiekt, w którym przemiana energii wiąże się z

ruchem obiektu lub jego części.

Maszynoznawstwo jest dziedziną wiedzy technicznej zajmującą

się maszynami i ich elementami, obejmującą zasady budowy i

działania maszyn.

Urządzenie - obiekt, którego elementy podczas pracy się nie

poruszają.

Maszynoznawstwo energetyczne dotyczy obszernego działu

maszyn i urządzeń, które mają zastosowanie w energetyce i w

pokrewnych dziedzinach, gdzie występują procesy przetwarzania

energii.

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Energia całkowita układu jest sumą energii w różnej postaci.

Najważniejsze składniki energii ciała są następujące:

a) energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego ciała,

b) energia potencjalna ciała,

c) energia wewnętrzna ciała.

Nośniki energii dzieli się na:

 nośniki energii pierwotnej – paliwa kopalne (węgiel, ropa

naftowa i gaz ziemny), biomasa oraz paliwa jądrowe,

 nośniki energii wtórnej – prąd elektryczny, para wodna,

gorąca woda, sprężone powietrze.

W energetyce największe znaczenie ma energia wewnętrzna ciała ;

jej składniki są następujące:

a) energia ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek,

b) energia ruchu drgającego atomów w cząsteczce,

c) energia potencjalna w polu wzajemnego przyciągania się drobin,

d) energia chemiczna (związana z możliwością przebudowy ciała),

e) energia stanów elektronowych,

f) energia jądrowa.

Nośniki energii pierwotnej zwykło się też nazywać surowcami

energetycznymi, nośniki energii wtórnej są tylko środkami do

przenoszenia energii.

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Ze względu na łatwość wykorzystania energii wyróżnia się:

Energię do układu można doprowadzić lub odprowadzić za

pomocą:

a) energię pierwotną – energia pod jakąkolwiek postacią, która

nie podlega konwersji, ani transformacji (na przykład paliwa

kopalne),

b) energię wtórną – energia pod jakąkolwiek postacią,

pochodząca z przetworzenia energii pierwotnej lub z innej

energii wtórnej,

c) energię bezpośrednią – energia pod jakąkolwiek postacią,

pierwotna lub wtórna, dostarczona do odbiorcy w postaci

właściwej dla jego odbiorników,

d) energię użyteczną – energia pod jakąkolwiek postacią, która

odebrana, po przetworzeniu energii bezpośredniej, zostaje

wykorzystana do właściwych zastosowań.

a) pracy mechanicznej (maszyny tłokowe, wirnikowe),

b) ciepła (przez przewodzenie, promieniowanie lub konwekcję),

c) prądu elektrycznego (silniki, generatory elektryczne,

grzejniki elektryczne),

d) strugi czynnika.

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Podstawową jednostką ilości ciepła, pracy i energii (równą pracy

wykonanej przez siłę 1 N, w kierunku jej działania, na drodze

długości 1 m) jest dżul

1 J  1 N·m

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Do określenia zasobów energetycznych używa się odpowiednich

jednostek.

Za paliwo wzorcowe przyjmuje się wysokokaloryczny węgiel

kamienny o wartości opałowej 7000 kcal/kg

– tpu ( tona paliwa umownego ) lub tce ( ton of coal equivalent )

1 tpu = 1 tce = 7 Gcal  29,3 GJ

(kJ, MJ)

1 cal  4,187 J

(kcal)

1 Btu  1055 J  1,055 kJ

( British thermal unit )

lub ropę naftową o wartości opałowej 42 MJ/kg – toe ( ton of oil

equivalent )

W układzie SI podstawową jednostką mocy, czyli energii

wytwarzanej lub zużywanej w ciągu jednostki czasu, jest wat

1 W = 1 J/s (kW, MW, GW)

Jednostką mocy do dziś stosowaną w motoryzacji

jest koń mechaniczny

1 KM = 735,5 W = 0,7355 kW.

1 toe  42 GJ

Zasoby energetyczne w skali gospodarki krajowej lub światowej

bilansuje się w znacznie większych jednostkach, np.

1 TW·a = 1 TW·h = 31,54·10 18 J.

Wybrane zagadnienia

energetyk i cieplnej

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

W zapotrzebowaniu krajowym na energię pierwotną

najważniejsza jest energia cieplna , głównie do ogrzewania i

klimatyzacji pomieszczeń oraz na potrzeby technologiczne, które

stanowią ponad 70% całości zapotrzebowania. Energia

elektryczna jest także wytwarzana z użyciem energii cieplnej.

Mno ż nik

Przedrostek

Oznaczenie

Przedrostki oznaczające dziesiętne

wielokrotności podstawowych

jednostek miar

10 18

10 15

10 12

10 9

10 6

10 3

10 2

10 1

10 –1

10 –2

10 –3

10 –6

10 –9

10 –12

10 –15

10 –18

eksa

peta

tera

giga

mega

kilo

hekto

deka

–

decy

centy

mili

mikro

nano

piko

femto

atto

–



Dział techniki i nauki zajmujący się problemami racjonalnego

pozyskiwania, przetwarzania, przesyłania i użytkowania energii

nosi nazwę gospodarki energetycznej .

Gospodarka cieplna jest jej obszerną częścią, do której zadań

należy przemiana energii zawartej w nośnikach energii

pierwotnej (paliwach) w energię cieplną, zawartą w gorącej

wodzie lub w parze.

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

W zapotrzebowaniu krajowym na energię pierwotną

najważniejsza jest energia cieplna , głównie do ogrzewania i

klimatyzacji pomieszczeń oraz na potrzeby technologiczne, które

stanowią ponad 70% całości zapotrzebowania. Energia

elektryczna jest także wytwarzana z użyciem energii cieplnej.

Wybrane zagadnienia

energetyki cieplnej

Najważniejsze zakłady energetyczne , ( w których dokonuje się przemiana

energii pierwotnej w inne formy energii użytecznej ), są następujące:

 ciepłownie lub kotłownie dostarczające energii cieplnej

zawartej w gorącej wodzie o temperaturze od 373 do 500 K lub parze

wodnej o ciśnieniu od 0,6 do 2,0 MPa i temperaturze 700 K ,

 siłownie , dostarczające za pośrednictwem energii cieplnej

energii mechanicznej; w zależności od nośnika energii pierwotnej wyróżnia

się cieplne siłownie parowe, spalinowe i jądrowe,

Dział techniki i nauki zajmujący się problemami racjonalnego

pozyskiwania, przetwarzania, przesyłania i użytkowania energii

nosi nazwę gospodarki energetycznej .

 elektrownie , wytwarzające energię elektryczną,

 elektrociepłownie , wytwarzające jednocześnie, w skojarzonym

procesie przemian energetycznych, energię elektryczną i

cieplną.

Gospodarka cieplna jest jej obszerną częścią, do której zadań

należy przemiana energii zawartej w nośnikach energii

pierwotnej (paliwach) w energię cieplną, zawartą w gorącej

wodzie lub w parze.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: