Превращения механической

Для превращения химической энергии топлива в тепловую служит комплекс устройств, называемых котельной установкой.

Мощность ПЭ прямого превращения химической энергии в механическую (мускулы животных, «ящик» Вант-Гоффа) также ограничивается малой скоростью диффузионных процессов через поверхность мускульных волокон или полупроницаемые мембраны. Поэтому плотность потока энергии здесь не должна превысить таковой в топливных элементах.

Концентрация энергии в химических органических топливах примерно в 30 млн. раз меньше, чем в ядерных. Поэтому транспортирование их обходится дорого и стоимость его является существенной составляющей в расходах на производство полезных видов энергии. Полнота превращения химической энергии в тепловую— 90—95%, в механическую — до 40—45%, в электрическую — до 70—80% и выше (в топливных элементах).

Однако недавно предложен способ работы [100], позволяющий без таких перегородок провести смешанный процесс превращения химической энергии в механическую и тепловую и тепловой в механическую с небольшими потерями, с КПД, близким к определяемому по формулам (3.44).

Все эти работы открыли принципиальную возможность прямого превращения химической «силы» •— энергии в электрическую. И уже в 1801 г. Дэви создает первый углеродно-кислородный «топливный элемент». В 1833 г. А. Беккерель разрабатывает углеродно-воздушный топливный элемент с расплавленным электролитом и платиновым катодом. Наконец, в 1839 г. Гров строит первый водородно-кислородный эл,емент. И хотя теория свидетельствовала, что КПД этих преобразователей должен быть в 2 раза выше, чем у тепловых двигателей, низкий общий научно-технический уровень того времени не позволил получить реально это значение, и к разработке топливных элементов вернулись только в 1958—1960 гг.

Химические источники тока служат для превращения химической энергии самопроизвольной реакции в электрическую (рабочую) энергию и теплоту. Например, в элементе Даниеля (рис. 1.4) используется химическая энергия реакции

Турбина — самый ответственный этап в технологическом процессе превращения химической энергии угля в электрическую. EfapOiBafl турбина — машина очень высокой точности: ротор ее делает 1,5—3 тысячи обо-

По существу вопрос состоит в том, чтобы найти новый способ превращения химической энергии, заключенной в топливе, в электрический ток. Видят ли ученые, хотя бы в принципе, такой новый способ?

Мы говорили о тех путях, которыми идут ученые-теплотехники к главной своей цели — высокому коэффициенту полезного превращения химической энергии топлива в электрический ток. Один из этих путей — дальнейшее совершенствование многих элементов газовой турбины. Но, как мы видели, газовые турбины, безраздельно завоевавшие сегодня скоростную авиацию, еще не очень твердо чувствуют себя на земле. И когда они смогут эффективно заменить паровые турбины, обеспечив лучшую, по сравнению с паровой турбиной, экономичность в самых что ни на есть земных обычных условиях, пока неясно.

О еще одном пути поисков прямого превращения химической энергии топлива в электрический ток рассказал мне выдающийся советский ученый академик Фрумкин. Мы встретились с ним в сером здании академического института на Ленинском проспекте в Москве. Он принял нас, нескольких журналистов, в своем небольшом кабинете. Главным украшением в нем была обычная черная школьная доска. Нестертые обрывки формул и каких-то схем, набросанные на ней торопливыми и разными почерками, свидетельствовали о недавней битве идей, мнений, точек зрения.

Удельная теплота (фазового превращения химической реакции)

Тепловой расчет. Для обеспечения нормальной работы передачи необходимо, чтобы количество теплоты, выделяющееся в результате превращения механической энергии в тепловую, не превышало количества теплоты, отводимой от передачи естественным или искусственным путем.

Тепловой расчет. Конструктивно силовые червячные передачи выполняют обычно в закрытом исполнении (редукторы). При длительной работе червячного редуктора происходит значительное-тепловыделение. Температура масла, залитого в редуктор, повышается, вязкость масла падает, и оно в значительной мере теряет свои смазывающие свойства. Для обеспечения нормальной работы передачи необходимо, чтобы количество теплоты, выделяющееся в ре-' зультате превращения механической энергии в тепловую, не превышало количества теплоты, отводимой от передачи естественным или искусственным путем. Поэтому, кроме геометрического и прочностного расчетов, для червячных редукторов обязательным является тепловой расчет; его задача состоит в том, чтобы температура масла в картере редуктора tn не превышала допускаемого значения 141 = 80 ... 90° С.

Для нормальной работы передачи необходимо обеспечение теплового баланса, т. е. чтобы количество теплоты, выделяющееся в результате превращения механической энергии в тепловую, не превышало количество теплоты, отводимой от передачи естественным или искусственным путем.

Односторонность протекания термодинамических процессов и то обстоятельство, что тепловая энергия в отличие от других видов энергии направленного движения (механической, электрической и др.) проявляется в хаотическом движении молекул, непрерывно меняющих из-за соударений свои скорости и направления, находят отражение в особенностях взаимного превращения тепла и работы. Если работа полностью может быть превращена в тепловую энергию (например, при торможении вращающегося вала ленточным тормозом вся механическая энергия вращения вала превращается в тепло), то при обратном превращении в работу возможно превратить лишь часть тепловой энергии, теряя безвозвратно всю другую часть ее. Многие тысячелетия потребовалось человечеству с того времени, как были установлены способы превращения механической энергии в тепловую, для того чтобы решить обратную задачу—превращение тепла в работу и создать непрерывно работающий тепловой двигатель. Лишь в XVIII в. появились паровые машины, гна-значение которых состоит в превращении тепла в работу.

Рис. 4.13. Влияние т)э на эффективность превращения механической энергии газа в электрическую энергию (с учетом только потерь джоулева тепла)

Всем, наверное, памятен производимый на уроках физики опыт «превращения механической энергии в электрическую». Впервые в истории науки этот опыт про-

Наибольшее влияние на температурные деформации оказывают собственные источники тепла станка и устройства ЧПУ, выделяющие тепло вследствие: а) превращения электрической энергии; б) превращения механической энергии (потери на трение в подшипниках шпинделя, в зубчатых и червячных передачах, в передаче винт - гайка, в фрикционных муфтах и тормозах, в направляющих, в местах уплотнения валов и др.); в) потери энергии в гидроустройствах станка.

Применив указанные соотношения к процессам превращения механической энергии в тепло и обратно, а также к процессам теплообмена, можно получить следующее выражение для элементарной теплоты процесса dQ~.

Еще с древних времен известно, что в результате затраты механической энергии или работы можно получить теплоту. Возможность превращения механической энергии в теплоту была использована первобытными людьми при добывании ими огня путем трения двух кусков сухого дерева одного о другой или при помощи кремней.

ращается в механическую. Для превращения механической

Классификация, как и в случае сварки металлов, проводится по физическим, техническим и технологическим признакам. По виду использования энергии сварку пластмасс можно разделить на способы, использующие тепловую, механическую, электромеханическую энергии или сочетание их. Если соединение образуется в результате расплавления или размягчения кромок и присадочного материала, то такой класс сварки относят к термическим. Совместное использование нагрева и давления является признаком термомеханического класса. К чисто механическому классу относят способы сварки, когда тепловая энергия внутри изделия получается в процессе превращения механической энергии (трение, ультразвук и т. п.). Электромагнитная энергия также преобразуется в тепловую.