§ 15. Цеплавыя рухавікі. Прынцып дзеяння цеплавых рухавікоў і іх ККД. Экалагічныя праблемы выкарыстання цеплавых рухавікоў
Значэнне цеплавых рухавікоў і экалагічныя праблемы іх выкарыстання. Найбольшае значэнне мае выкарыстанне цеплавых рухавікоў у энергетыцы і на транспарце. Цеплавыя рухавікі — паравыя турбіны (мал. 87) — ставяць на цеплавых і атамных электрастанцыях, дзе энергія пары ператвараецца ў механічную энергію ротараў генератараў электрычнага току. У першым выпадку пару высокай тэмпературы атрымліваюць за кошт згарання паліва, а ў другім — за кошт энергіі, якая выдзяляецца падчас ядзерных рэакцый.
Вынаходства рухавіка ўнутранага згарання адыграла велізарную ролю ў аўтамабілебудаванні, ва ўдасканаленні сельскагаспадарчай і будаўнічай тэхнікі. Карбюратарныя рухавікі ўнутранага згарання ўстанаўліваюць на аўтамабілях, матацыклах, верталётах і самалётах, дызельныя (мал. 88, а) — на цеплаходах, цеплавозах, трактарах, магутных аўтамабілях. Стварэнне рэактыўнага рухавіка (мал. 88, б) дазволіла падняць самалёты на вялікую вышыню, павялічыць скорасць і далёкасць іх палётаў.
Аднак інтэнсіўнае выкарыстанне цеплавых рухавікоў у энергетыцы і на транспарце адмоўна ўплывае на навакольнае асяроддзе.
Падчас работы цеплавых рухавікоў у паветра выкідваецца вялікая колькасць гарачай пары або газу, што прыводзіць да цеплавога забруджвання атмасферы. Шырокае выкарыстанне розных відаў паліва цягне за сабой павелічэнне ў атмасферы вуглякіслага газу (дыяксід вугляроду СО2). Злучаючыся з вадзяной парай у атмасферы, вуглякіслы газ утварае вугальную кіслату, якая нават пры малых канцэнтрацыях, выпадаючы ў выглядзе кіслотнага дажджу, за стагоддзі разбурае цэглу, метал, мармур.
Згаранне паліва на цеплавых электрастанцыях вядзе да назапашвання ў атмасферы чаднага газу (аксід вугляроду СО), які з’яўляецца атрутай для жывых арганізмаў. Напрыклад, пры згаранні 1 т бензіну ўтвараецца 60 кг аксіду вугляроду. Падчас работы аўтатранспарту разам з аксідам вугляроду ў атмасферу трапляюць злучэнні свінцу. Пры гарэнні паліва выкарыстоўваецца кісларод з атмасферы, што прыводзіць да паступовага змяншэння яго канцэнтрацыі ў паветры і, акрамя таго, утварэння аксідаў азоту (NOх). Раствараючыся ў дажджавой вадзе, яны ператвараюцца ў азотную кіслату, а рэагуючы з разнастайнымі прымесямі, што змяшчаюцца ў паветры, утвараюць таксічныя злучэнні, якія выпадаюць на паверхню вады і сушы з кіслотнымі дажджамі. Гэта выклікае засаленне глебы, адкрытых і падземных вадаёмаў, гібель лясоў, парушэнне хімічнага саставу ў экасістэмах. Акрамя таго, у «кіслай» вадзе лепш раствараюцца такія атрутныя рэчывы, як кадмій, ртуць, свінец, якія знаходзяцца ў глебе і донных адкладах, а гэта ўплывае на чысціню вады, якую спажываюць людзі і жывёлы.
Пры палётах самалётаў і запусках ракет адбываецца разбурэнне азонавага слоя атмасферы, які засцерагае ўсё жывое на Зямлі ад лішку ультрафіялетавага выпраменьвання Сонца.
Вырашэнне праблем, якія ўзнікаюць пры згаранні паліва ў цеплавых рухавіках, вучоныя і канструктары бачаць:
а) у экалагізацыі тэхналагічных працэсаў (стварэнне безадходных і малаадходных тэхналогій, якія выключаюць пападанне ў атмасферу шкодных рэчываў); ачыстцы газавых выкідаў у атмасферу (улоўліванне і перапрацоўка вуглякіслага газу, аксідаў азоту і іншых таксічных рэчываў);
б) павелічэнні каэфіцыента карыснага дзеяння цеплавых рухавікоў, у прыватнасці, шляхам стварэння ўмоў для найбольш поўнага згарання паліва;
в) замене цеплавых рухавікоў на больш экалагічна чыстыя рухавікі, напрыклад электрычныя.
Дадаткова да пералічанага ў многіх краінах свету ў заканадаўчым парадку прыняты гранічна дапушчальныя нормы ўтрымання таксічных кампанентаў у выхлапных газах. У Рэспубліцы Беларусь правіламі дарожнага руху забаронена эксплуатацыя аўтамабіляў, утрыманне аксіду вугляроду ў адпрацаваных газах якіх перавышае 1,5 %. Для выяўлення такіх транспартных сродкаў уведзена сістэма інструментальнага кантролю пры праходжанні дзяржаўнага тэхнічнага агляду.
Рацыянальная арганізацыя аўтамабільнага руху ў гарадах (будаўніцтва скарасных магістралей, дадатковых развязак і эстакад, што спрыяе змяншэнню колькасці святлафораў і ліквідацыі затораў) таксама дазволіць зменшыць шкодныя выкіды ў атмасферу пры эксплуатацыі транспартных сродкаў.
1. Якія працэсы лічаць незваротнымі? Прывядзіце прыклады найбольш тыповых незваротных працэсаў.
2. Што называюць цеплавым рухавіком? Якія прынцыпы пакладзены ў аснову стварэння цеплавых рухавікоў?
3. Для чаго прызначаны награвальнік, халадзільнік і рабочае цела цеплавога рухавіка?
4. Ці можа эфектыўны ККД цеплавога рухавіка стаць роўны адзінцы, калі трэнне ў частках рухавіка звесці да нуля?
5. Ці можна ахаладзіць паветра ў пакоі, калі адкрыць дзверцы працуючага халадзільніка?
6. Як можна найбольш эфектыўна павялічыць тэрмічны каэфіцыент карыснага дзеяння цеплавога рухавіка?
7. Пры якім цыкле каэфіцыент карыснага дзеяння ідэальнага цеплавога рухавіка прымае максімальнае значэнне?
9. Ад чаго залежыць каэфіцыент карыснага дзеяння ідэальнага цеплавога рухавіка?
10. Як вызначаюць эфектыўны каэфіцыент карыснага дзеяння для аўтамабільных рухавікоў унутранага згарання?