Лирическое отступление касательно расчёта КПД вечных двигателей.
Все прекрасно знают, что КПД не может быть больше 1, т.е. больше 100%. И это совершенно понятно, т.к. иначе этот коэффициент теряет всякий смысл. Таким образом, мы не можем получить энергии больше, чем затратили, верно? Ведь КПД не может быть больше 1 по определению. А поскольку КПД равно отношению полезной энергии к затраченной, полезная энергия ну никак не может быть больше, чем затраченная энергия. Вроде бы всё верно и всё логично. Но это лишь вроде бы. А если копнуть поглубже, то оказывается, что в науке произошла страшная путаница (а если быть более точным, то массовая промывка мозгов). Это выражается в том, что по этой формуле нельзя рассчитать, например, КПД магнита или электрета, которые могут совершать работу против гравитационного поля Земли хоть 100 лет подряд, поднимая с земли различные предметы. Спрашивается, какое у них КПД и откуда они берут энергию? Так вот, от таких "нескромных" вопросов современная наука стыдливо отводит глаза в сторону и начинает мямлить что-то себе под нос про "работу, совершаемую потенциальным полем", КПД которой, почему-то, никак нельзя посчитать, ибо работа хоть и совершается, но энергия ниоткуда не убывает (например, как может убыть энергия из электрета? Да никак!) К тому же, в серьёзной (казалось бы) научной литературе можно встретить такую откровеннийшую бредятину как "электрон отдаёт энергию полю". Поле (электрическое) может передать энергию электрону, а вот электрон полю не может её передать при всём желании. А казусы эти все с полями и их энергиями появились тогда, когда добрые дяди промыли нам всем мозги касательно истинной формулы расчёта КПД. Что ж, заглянем в один из авторитетнейших источников информации в мире - БСЭ с робкой надеждой на "просветление в уму".
БСЭ писал(а):
кпд - характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η = Wпол/Wcyм.
Вот оно как! Читаем дальше.
БСЭ писал(а):
В технической литературе кпд иногда определяют т. о., что он может оказаться больше единицы. Подобная ситуация возникает, если определять кпд отношением Wпол/Wзатр, где Wпол — используемая энергия, получаемая на «выходе» системы, Wзатр — не вся энергия, поступающая в систему, а лишь та её часть, для получения которой производятся реальные затраты. {Вот она - пресловутая школьная формула для промывки мозгов!} Например, при работе полупроводниковых термоэлектрических обогревателей (тепловых насосов (См. Тепловой насос)) затрата электроэнергии меньше количества теплоты, выделяемой термоэлементом. Избыток энергии черпается из окружающей среды. При этом, хотя истинный КПД установки меньше единицы, рассмотренный кпд η = Wпол/Wзатр может оказаться больше единицы.
Во как! Оказывается, что полученная энергия запросто может оказаться больше затраченной и, следовательно, кпд, рассчитываемый по формуле η = Wпол/Wзатр может запросто равняться 2, 3, 10, 15, 100...!!! Так что же это за КПД такой, который может равняться 10000% ??? Правильно, никакой это не КПД, а фигня на постном масле! Пресловутая формула η = Wпол/Wзатр - это злостная подмена понятий и наглое переопределение терминов! Вообще непонятно, откуда (и самое главное - для чего (!) взялась эта формула). Но это теперь и не важно, т.к. мы всё-таки докопались до истины, узнав истинную формулу для расчёта КПД. А теперь, давайте с вами разберёмся, что же это за новое для многих из нас понятие - "суммарная (или полная) энергия системы". Не знаю, как вы, но лично я предпочитаю термин полная энергия системы.
Итак, что же такое полная энергия системы? Ну здесь без вариантов: энергия любой системы складывается из внутренней энергии самой системы и внешней энергии, сообщаемой системе извне. Говоря немного другими словами, внутренняя энергия системы - это та энергия, которую мы хотим получить (извлечь) из системы, а внешняя энергия - это та энергия, которую мы вынуждены сообщить системе, чтобы она начала нам отдавать свою внутреннюю энергию. Разумеется, что нам нет никакого резона затрачивать на ту или иную систему свою энергию, если при этом она не будет отдавать нам больше того, что мы в неё вложили. Это прекрасно знает любой инвестор, который вкладывает свою энергию (финансы, активы) в ту или иную бизнес-систему. Но, вот курьёз, инвесторы, экономисты, да даже обычные люди это понимают, а умудрённые сединами физики этого не понимают и упорно продолжают создавать агрегаты, пожирающие больше энергии, чем отдают! А те, что отдают больше, чем получают - засекречивают и "прячут в чулан на дальнюю полку", словно и не было никогда ничего такого. Как такое вообще возможно? Если бы такой бедлам творился в мировой экономике, так вся человеческая цивилизация уже бы давно укатилась "коту под хвост"!
Представьте себе, что на каждый посеянный центнер зерна вырастала бы не 1 тонна зерна, как то полагается, а 90 кг зерна! А агроном с тремя дипломами и с учёной степенью, рассказывал бы вам, какой это замечательный КПД - аж целых 90%, и что они работают над новыми усовершенствованными (т.е. ГМО-шными) сортами зерна, которое будет иметь КПД 95%, т.е. давать аж целых 95 кг на каждые 100 кг зерна! Да мы бы уже все давно с голоду повымерли с таким КПД! К счастью, в сельском хозяйстве такого нет, но, к несчастью, это есть в физике, и, как следствие, в технике, промышленности и энергетике... Нет уж, с этим пора заканчивать!
Итак, выводы.
1. Внутренняя энергия системы (полезная энергия) - это потенциальная энергия системы, могущая быть высвобожденной - т.е. могущая стать кинетической - при определённых условиях, на создание которых необходимо затратить порцию внешней кинетической энергии (затраченная энергия).
2. Полная (суммарная) энергия системы - это сумма полезной и затраченной энергии в рамках данной системы.
3. Истинная (правильная) формула для расчёта КПД выглядит следующим образом: η = Wпол/Wcyм = Wпол/Wпол + Wзатр, где
Wпол - полезная (внутренняя) энергия системы;Wзатр - затраченная (внешняя) энергия системы;Wcyм - суммарная (полная) энергия системы.
4. Вечный двигатель - это устройство, преобразующее потенциальную энергию системы в кинетическую энергию, при условии, что полезная (высвобождаемая) энергия превышает затраченную (внешнюю) энергию, сообщаемую этой системе. При этом ВД сам является частью этой системы.
Надеюсь то, что изолированных (закрытых, замкнутых) систем во Вселенной не существует, объяснять не надо? Как говаривал один физик: "Покажите мне изолированную систему, и я докажу, что она является открытой".
А в качестве своего рода иллюстрации к вышеописанному предлагаю совершить краткий экскурс в историю, а именно, в 1974 год.
В 1974 году на стенде – магнетронной установке непрерывного действия разработки Александра Михайловича Бонч-Бруевича, мощностью 300 Вт, пытливые студенческие умы выполняли одну из лабораторных работ. Анодное напряжение на магнетроне составляло 630 В. Анодный ток составлял 1,5 мА. Выход энергии – на активное сопротивление (нихромовая спираль). Спираль нагревалась докрасна (на ней рассеивалось около 300 Вт мощности). Преподаватели на отчете по лабораторной работе "долбали" вопросами: "Откуда мощность (энергия) в нагрузке, превышающая мощность (энергию) от анодного источника?" Отвечали, что это ОТНИМАЕТСЯ ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ электронов в электронно-плазменном роторе между катодом и анодом. Спрашивали: "Что делает источник анодного напряжения, работающий на холостом ходу и для чего постоянный магнит?" Отвечали: "Для создания УСЛОВИЙ, при которых возможен отбор ВНУТРЕННЕЙ-ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ энергии у электронов ротора". Спрашивали: "Как рассчитывать КПД, если на выходе около 300 Вт, а магнит – "дармовой", т.е. постоянный (очень сильный – более 1 Тл), при этом анодный источник на холостом ходу?" Отвечали: "300 Ватт в числителе (полезная мощность) делим на ПОЛНУЮ энергию СИСТЕМЫ". Спрашивали: "Что такое ПОЛНАЯ энергия системы?" Отвечали: " Это полезная энергия (мощность 300 Вт) плюс энергия внутри "дармового" постоянного магнита плюс энергия внутри анодного источника на холостом ходу. Поэтому КПД был МЕНЬШЕ 100%. Такие ответы уже были достаточны для ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ оценки.
Вот, как раньше учили.
С уважением, dimdimius.
idoorway.mirtesen.ru
Анализ совместной работы судового двигателя с регулятором частоты вращения вала
Энергетический кризис вынудил фирму "Бурмейстер и Вайн", так же как и другие фирмы, перейти к созданию двигателей с большим отношением S к D. Двигатели этой серии получили маркировку L-GF...
Конструирование бензинового двигателя для легкового автомобиля
6.1 Расчет поршневой группы Поршневая группа двигателя включает: поршень, поршневой палец, поршневые кольца и детали крепления пальца (стопорные кольца)...
Основные параметры тяговых двигателей
Характерной особенностью двигателя последовательного возбуждения (ДПТ с ПВ) является то, что его обмотка возбуждения (ПОВ) с сопротивлением посредством щеточно-коллекторного узла последовательно соединена с обмоткой якоря с сопротивлением , т...
Проект одноступенчатого цилиндрического редуктора к приводу технологического оборудования
1...
Проектирование автоматизированного электропривода мотор-колеса большегрузного самосвала производства БелАЗ
В качестве тяговых двигателей принимаем к установке дв четырехполюсные трехфазные асинхронные двигатели 1ТВ 2830 - 2GA012, мощностью 1250 кВт, производства компании Siemens. Каждый двигатель встроен в мотор-колесо, содержащее редуктор...
Разработка двигателя автомобиля с комбинированной электрической установкой
Зная, что при об/мин и Нм дизель работает с наименьшим расходом и наименьшим выхлопом, а так же т.к. электродвигатель и дизель соединены жестко на валу, то подберем более подходящий по габариту электродвигатель. Номинальный момент при об/мин:...
Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип ЗИЛ-130)
Цель динамического расчета двигателя - определение сил и моментов, нагружающих детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и определение требуемого момента инерции и массы маховика. Расчет выполняется применительно к центральному КШМ...
Расчет показателей тяговой, тормозной динамичности и топливной экономичности автомобиля
Мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью Vmax при полном использовании грузоподъемности автомобиля. Такую скорость автомобиль должен развивать на хороших дорогах...
Тепловой расчет двигателя автомобиля
В соответствии с заданной степенью сжатия , можно использовать бензин марки Премиум-95. Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина: С = 0,855; Н = 0,145; и mт = 115 кг/кмоль. Низшая теплота сгорания топлива: Hu = 33,91C + 125,60H - 10,89(O - S) - 2,51(9H + W) = = 33...
Тепловой расчет двигателя МеМЗ-245
2.1 Цель теплового расчета двигателя. Цель теплового расчета ДВС - определить параметры рабочего тела в характерных точках расчетного цикла и оценить по ним технико-экономические показатели работы двигателя. 2...
Тепловой расчёт двигателя Д-120 и расчет эксплуатационных показателей трактора Т-30А
...
Термогазодинамический расчет основных параметров двигателя типа ТРДДсм на базе РД-33
Рисунок 1.1 - Схема двигателя Целью термогазодинамического расчета двигателя является определение основных удельных параметров (Pуд - удельной тяги, Суд - удельного расхода топлива и расхода воздуха Gв ). С помощью программы rdd...
Термогазодинамический расчет основных параметров турбореактивного двигателя типа ТРДДсм на базе АИ-222-25 для учебно-боевого самолета
Рисунок 1.1 - Схема двигателя Целью термогазодинамического расчета двигателя является определение основных удельных параметров (Pуд - удельной тяги, Суд - удельного расхода топлива и расхода воздуха Gв). С помощью программы rdd...
Турбина турбореактивного двухконтурного двигателя на базе РД-33
...
Электрооборудование электроподвижного состава
КПД определяем по формуле (15.1) где . Здесь - основные потери в меди; - основные потери в стали; - добавочные потери при нагрузке; - механические потери; - потери в переходном слое под щетками...
tran.bobrodobro.ru
Кинематическая схема силового привода
1 – электродвигатель; 2- клиноременная передача; 3 – редуктор; 4 – муфта;5 – рама; I – входной(быстроходный) вал; II – промежуточный вал; III – выходной (тихоходный) вал.
Рис. 1.1
Для привода электродвигателя следует определить его мощность, которая вычисляется по формуле
где - мощность на выходном валу, Вт;– коэффициент полезного действия (КПД) привода.
Мощность на выходном валу определяется по формуле
где - мощность на выходном валу, Вт;– крутящий момент на выходном валу,;- угловая скорость на валу, рад/с.
Угловая скорость на валу вычисляется по формуле
где - частота вращения на выходном валу, об/мин.
Численное значение угловой скорости на выходном валу равно
Найдём численное значение мощности на выходном валу
КПД привода может быть вычислен по формуле
где - КПД ременной передачи;- КПД подшипников качения валаI; - КПД быстроходной передачи;– КПД подшипников качения валаII; - КПД тихоходной зубчатой передачи;- КПД подшипников качения валаIII, - КПД муфты.
Значения всех коэффициентов, входящих в формулу (1.4), выбираем по рекомендациям в соответствии с [1, с.5], ;;,=0,97,=0,98. Подставляя эти значения в формулу (1.4), получаем значение КПД редуктора
Подставляя численные значения в (1.1) получим действительное значение мощности двигателя
По [2, с.5] выбираем 3-х фазный двигатель переменного тока серии 4А с учётом .
Тип двигателя 4А180S2, асинхронная частота вращения об/мин.
Полученные данные запишем в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
| Тип двигателя | Номинальная мощность двигателя , кВт | Синхронная частота вращения , об/мин | Асинхронная Частота вращения , об/мин |
| 4А180S2 | 22,0 | 3000 | 2945 |
Передаточное отношение привода определяется по формуле Так как, то выбираем передаточные отношения следующим образом:
, . В соответствии с [1, с.36] выбираем.
Определим передаточное отношение редуктора по формуле
Разбиваем
где - передаточное число быстроходной передачи;- передаточное число тихоходной передачи.
В соответствии с рекомендациями выбираем
где – коэффициент, учитывающий оптимальную разбивку., так как схема развернута.
Из формулы (1.7) выразим передаточное число тихоходной передачи
Мощность вала определяется по формуле
Мощность на промежуточном валу находим по формуле
Для нахождения крутящего момента на входном валу воспользуемся формулой
где - крутящий момент на входном валу,;- угловая скорость на входном валу, рад/с.
Угловая скорость на входном валу вычисляется по формуле
где - частота вращения входного вала, об/мин.
Частота вращения входного вала определяется по формуле
Подставляя численное значение в (1.13), находим угловую скорость на входном вал 3
Найдём крутящий момент на входном валу по формуле (1.12)
Крутящий момент на промежуточном валу рассчитывается по формуле
где – крутящий момент на промежуточном валу,;- угловая скорость на промежуточном валу, рад/с.
Угловая скорость на промежуточном валу вычисляется по формуле
где – частота вращения промежуточного вала, об/мин.
Частота вращения промежуточного вала определяется по формуле
Подставляя численное значение в (1.16), находим угловую скорость на промежуточном валу
Найдём крутящий момент на промежуточном валу по формуле (1.15)
Крутящий момент электродвигателя рассчитывается по формуле
где - крутящий момент на валу электродвигателя,;- угловая скорость на валу электродвигателя, рад/с.
Угловая скорость на валу электродвигателя вычисляется по формуле
Найдём крутящий момент на валу электродвигателя по формуле (1.18)
Рассмотрим случай
Рассмотрим случай
Полученные значения частот вращения, мощностей, крутящих моментов и передаточных чисел приведены в табл. 1.2, 1.3,1.4
Таблица 1.2
Результат энерго-кинематического расчёта вариант 1
| Вал | i(U) | T, | n, об/мин | N, Вт |
| Электродвигатель | 64,1 | 2945 | ||
| I | 98,2 | 1840 | ||
| 3,92 | ||||
| II | 374 | 470 | 18400 | |
| 3,24 | ||||
| III | 1150 | 145 |
Таблица 1.3
Результат энерго-кинематического расчёта вариант 2
| Вал | i(U) | T, | n, об/мин | N, Вт |
| Электродвигатель | 1,6 | 64,1 | 2945 | |
| I | 98,2 | 1840 | ||
| 3,21 | ||||
| II | 18400 | |||
| 3,96 | ||||
| III | 1150 | 145 |
Таблица 1.4
Результат энерго-кинематического расчёта вариант 3
| Вал | i(U) | T, | n, об/мин | N, Вт |
| Электродвигатель | 1,6 | 64,1 | 2945 | |
| I | 98,2 | 1840 | ||
| 4,63 | ||||
| II | 18400 | |||
| 2,74 | ||||
| III | 1150 | 145 |
studfiles.net
