Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [38] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

Решая систему уравнений (81) относительно а, а, «з, fci, 2 и Ьз, получим значения этих величин, которые для расчета напряжений подставляются затем в формулы (78). К сожалению, даже с учетом принятых выше допущений расчетные формулы в этом случае получаются очень громоздкими и поэтому здесь не приводятся *.

Характер напряжений, возникающих в кольцевых термоэлементах, иллюстрируется эпюрой рис. 71.

Приведенные выше зависимости позволяют в первом приближении оценить напряженное состояние плоских и кольцевых термоэлементов. Но при этом необходимо учитывать, что в реальных конструкциях большое влияние на величину напряжений в термоэлементах будет оказывать их взаимодействие с элементами конструкции, что исключает какую-либо возможность расчетной оценки напряженного состояния.

Следует обратить внимание на некоторые дополнительные требования, предъявляемые к механической прочности термоэлементов, которые необходимо учитывать при их разработке.

Прочностные расчеты конструкции выполняются обычно для определения степени соответствия принятых технических решений предъявляемым требованиям в условиях воздействия различных статических и динамических нагрузок. Эти вопросы являются основными при расчетах на прочность термоэлектрических батарей и устройств. Однако их решение связано с дополнительными требованиями, которые обусловливаются тем, что термоэлемент и термоэлектрическая батарея являются участком электрической цепи. В связи с этим величина допускаемых напряжений должна устанавливаться не только в целях предотвращения разрушения термоэлементов, но и для полного исключения возможности появления микротрещин, которые могут стать причиной значительного возрастания омического сопротивления.


Рис. 71. Эпюра напряжений в трехслойном кольце. / - радиальные напряжения И; 2 - тангенциальные напряжения 2

* Для выполнения расчетов по приведенной методике целесообразно использование электронных вычислительных машин.



в связи с этим величину допускаемых напряжений на разрыв полупроводниковых материалов в настоящее время приходится ограничивать значениями, в 5-8 раз меньшими тех, которые могли бы быть допущены по условиям прочности.

В заключение необходимо отметить, что полученные выше зависимости для оценки величины возникающих механических напряжений выведены при условии постоянства температур горячих и холодных спаев термоэлементов. На практике термоэлементы могут испытывать резкий нагрев и охлаждение.

В некоторых случаях наблюдается изменение знака градиента температур и направления теплового потока на противоположные, что в свою очередь приводит к значительным изменениям характера напряженного состояния конструкции.

В реальных конструкциях наряду с термическими напряжениями в термоэлементах возникают дополнительно напряжения от их механического взаимодействия с конструкционными элементами, напряжения, обусловленные воздействием динамических нагрузок, и др.

Расчетная оценка напряжений в термоэлементах с учетом указанных факторов едва ли возможна. Поэтому создание термоэлектрических батарей и устройств, которые могли бы удовлетворять требованиям надежности при длительной эксплуатации в судовых условиях, требует проведения комплексных экспериментальных исследований.

§ 10. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

УСТРОЙСТВ И УСТАНОВОК

Для работы термоэлектрических охлаждающих устройств и тепловых насосов необходимо использование источников постоянного тока. В судовых условиях для этой цели могут быть применены различные источники электроэнергии с преобразователями или без них в зависимости от конкретных условий. Таким образом, применение термоэлектрических устройств на судне требует учета необходимости их питания от судовых источников. Такая возможность должна быть предусмотрена схемой генерирования и распределения электроэнергии.

В отличие от термоэлектрических охлаждающих устройств и тепловых насосов термоэлектрогенераторы сами являются источниками постоянного тока и нуждаются в различного рода источниках тепловой энергии. Практически в судовых условиях можно рассматривать следующие виды источников энергии для термоэлектрогенераторов: химические, ядерные, радиоизотопные и сбрасываемая тепловая энергия различных теплоносителей.



НЕЗАВИСИМЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ

В настоящее время к. п. д. пригодных для использования термоэлектрических материалов еще далек от тех значений, когда можно считать экономически целесообразным применение термоэлектрогенераторов в главных судовых энергетических установках, в которых используются различные виды химического топлива.

В связи с этим говоря о независимых источниках энергии для термоэлектрогенераторов, приходится рассматривать их главным образом в качестве автономных аварийных или вспомогательных источников электроэнергии [122].

Практически для этих целей могут быть применены различные виды жидкого, твердого и газообразного топлива, например пропан, бутан, керосин, мазут, дизельные топлива, уголь, дрова и др.

Необходимым элементом теромоэлектрической установки является топка или камера сгорания. Теплота продуктов сгорания вследствие лучистого и конвективного теплообмена подводится к горячим спаям термоэлементов, а охлаждение холодных спаев осуществляется воздухом или забортной водой непосредственно либо с помощью промежуточных охлаждающих контуров.

При использовании различного рода химических источников тепловой энергии могут быть применены разнообразные технические решения, которые широко используются в судовых энергетических установках и рассматриваются в специальных курсах.

ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ РА.ЗЛИЧНЫХ АГЕНТОВ СУДОВЫХ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

В ряде случаев может оказаться целесообразным применение для термоэлектрического генерирования тока тепловой энергии различных рабочих агентов судовых энергетических установок: пара, воды, продуктов сгорания органического топлива. При этом термоэлектрогенераторы будут иметь вид обычного теплообмен-ного аппарата, в котором часть тепловой энергии непосредственно преобразуется в электрическую энергию, а неиспользованная часть отводится и передается забортной воде.

В том случае если это экономически целесообразно, термоэлектрогенераторы принципиально могут использоваться в любой области цикла паротурбинной, дизельной или газотурбинной судовой установки. При этом следует учитывать эксплуатационные факторы и другие специфические требования. В настоящее время можно лишь отметить, что по мере увеличения эффективности термоэлектрических материалов и уменьшения их стоимости область целесообразного применения термоэлектрогенераторов на судах будет непрерывно расширяться [148], [151, 152].



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [38] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.0012