Термические движки и их применение

Энергетический баланс паросиловой станции с турбиной показан на рисунке. Он является примерным; к. п. д. паросиловой станции может быть и больше (до 27 %). Энергопотери, которые имеют место при работе паросиловой станции, можно поделить на две части. Часть утрат обоснована несовершенством конструкции и может быть уменьшена без конфигурации температуры в котле и в конденсаторе. К примеру, устроив более совершенную термическую изоляцию котла, можно уменьшить утраты теплоты в котельной. 2-ая, существенно большая часть — утрата теплоты, переданной воде, охлаждающей конденсатор, оказывается при данных температурах в котле и в конденсаторе совсем неминуемой.
Как было отмечено ранее, условием работы термического мотора является не только лишь получение некого количества теплоты от нагревателя, да и передача части этой теплоты холодильнику.
Большой научный и технический опыт по устройству термических движков и глубочайшие теоретические исследования, касающиеся критерий работы термических движков, установили, что к. п. д. термического мотора находится в зависимости от разности температур нагревателя и холодильника. Чем больше эта разность, тем больший к. п. д. может иметь паросиловая установка (естественно, при условии устранения всех технических несовершенств конструкции, о которых упоминалось выше). Но если разность эта невелика, то даже самая совершенная в техническом смысле машина не может дать значимого КПД.
Примерный энергетический баланс паросиловой станции с турбиной
Теоретический расчет указывает, что если термодинамическая температура нагревателя равна Т1, а холодильника Т2, то к. п. д. не может быть больше чем
Так, к примеру, у паровой машины, пар который имеет в котле температуру 100°С (либо 373 К), а в холодильнике 25 °С (либо 298 К), к. п. д. не может быть больше (373—298)/373=0,2, т. е. 20 % (фактически, вследствие несовершенства устройства, к. п. д. таковой установки будет существенно ниже). Таким макаром, для улучшения к. п. д. термических машин необходимо перейти к более высочайшим температурам в котле, а как следует, и к более высочайшим давлениям пара. В отличие от прежних станций, работавших при давлении 12—15 атм (что соответствует температуре пара 200 °С), на современных паросиловых станциях начали устанавливать котлы на 130 атм и поболее (температура около 500°С).
Заместо роста температуры в котле можно было бы понижать температуру в конденсаторе. Но это оказалось фактически невозможным. При очень низких давлениях плотность пара очень мала и при большенном количестве пара, пропускаемого за секунду сильной турбиной, объем турбины и конденсатора при ней был должен бы быть безмерно велик.
Не считая роста к. п. д. термического мотора, можно пойти по пути использования «тепловых отбросов», т. е. теплоты, отводимой водой, охлаждающей конденсатор.
Заместо того чтоб спускать подогретую конденсатором воду в реку либо озеро, можно навести ее по трубам водяного отопления либо использовать ее для промышленных целей в хим либо текстильной индустрии. Можно также создавать расширение пара в турбинах только до давления 5—6 атм. Из турбины при всем этом выходит еще очень жаркий пар, способный служить для ряда промышленных целей.
Станция, использующая отбросы теплоты, снабжает потребителей не только лишь электронной энергией, приобретенной за счет механической работы, да и теплотой. Она именуется теплоэлектроцентралью (ТЭЦ).
Примерный энергетический баланс ТЭЦ
1.4. Коэффициент полезного деяния двигателя внутреннего сгорания
Присматриваясь к условиям, при которых делается работа в бензиновом двигателе, мы лицезреем сходство с критериями, при которых делается работа в паровом движке. Тут тоже имеется наличие разности температур: с одной стороны, источник тепла (в этом случае источником тепла является хим реакция горения) делает высшую температуру рабочего вещества; с другой стороны, имеется огромный резервуар, в каком рассеивается получающаяся теплота,— атмосфера; она играет роль холодильника.
Потому что температура газов, получающихся при сгорании консистенции снутри цилиндра, достаточно высока (выше 1000 °С), то к. п. д. движков внутреннего сгорания может быть существенно выше к. п. д. паровых движков. На практике к. п. д. движков внутреннего сгорания равен обычно 20—30 %. Примерный энергетический баланс мотора авто типа показан на рисунке.
Энергетический баланс авто мотора
2. Применение термических движков
2.1. Паровые машины
Паросиловая станция. Ранее всего (в конце XVIII века) были сделаны паровые поршневые движки (паровые машины). Спустя приблизительно 100 лет появились паровые турбины. Как указывает заглавие, работа этих движков делается средством пара. В большом большинстве случаев — это водяной пар, но вероятны машины, работающие с парами других веществ (к примеру, ртути). Паровые турбины ставятся на массивных электростанциях и на огромных кораблях. Поршневые движки в текущее время находят применение исключительно в жд и аква транспорте (паровозы и пароходы).
Для работы парового мотора нужен ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство совместно носит заглавие паросиловой станции. На паросиловой станции всегда циркулирует одна и та же вода.
Схема оборудования паросиловой станции
Она преобразуется в пар в котле, пар производит работу в турбине (либо в поршневой машине) и опять преобразуется в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой (конденсатор). Из конденсатора получившаяся вода средством насоса через сборный, бак (сборник) опять направляется в котел. Итак, круговорот воды происходит по последующей схеме:
В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор — холодильником. Потому что в установке циркулирует фактически одна и та же вода (утечка пара невелика и добавлять воды практически не приходится), то в котле практически не выходит накипи, т. е. осаждения растворенных в воде солей. Это принципиально, потому что накипь плохо проводит тепло и уменьшает коэффициент полезного деяния котла. В случае возникновения накипи на стенах котла ее убирают. В последующих параграфах мы разглядим части паросиловой станции по отдельности.
Паровой котел. Он состоит из топки и фактически котла. Уголь либо дрова сжигаются в топке на колосниковых решетках. Жидкое горючее сжигается в распыленном состоянии; распыление обычно делается при помощи пара в форсунках. Пар либо сжатый воздух, вырываясь из узенького отверстия в трубке, засасывает жидкое горючее и разбрызгивает его.
Схема устройства форсунки
Котел состоит из барабана и труб, через стены которых теплота от жарких топочных газов передается воде. Время от времени вода находится снаружи труб, а по трубам идут топочные газы (огнетрубный котел, дымогарные трубы). Время от времени, напротив, вода находится снутри труб, а жаркие газы омывают их (водотрубный котел). В почти всех паровых котлах пар подвергается перегреванию в особенных змеевиках, омываемых жаркими газами. При всем этом он из насыщенного делается ненасыщенным. Этим достигается уменьшение конденсации пара (на стенах паропроводов и в турбине) и увеличивается к. п. д. станции.
Схема устройства водотрубного котла: 1 — барабан котла, 2 — водотрубная часть, 3 — водомерное стекло, 4 — перегреватель, 5 — труба для подачи воды в котел, 6 — поддувало, 7 — предохранительный клапан, 8 — заслонка в борове
На котле имеются манометр для наблюдения за давлением пара и предохранительный клапан, выпускающий пар в случае, если давление его превзойдет допустимую величину. На днище барабана имеются приспособления для наблюдения за уровнем воды в котле (водомерное стекло). Если уровень воды опустится так, что пламя будет нагревать стены котла в тех местах, где они не соприкасаются с водой, то вероятен взрыв котла.
Энергия жарких топочных газов передается воде в котле не полностью. Часть ее рассеивается в котельной, часть уносится с газами в дымовую трубу. Не считая того, значительную утрату может дать неполное сгорание горючего. Признаком этого является темный дым из труб станции. Темный цвет придается дыму крупинками несгоревшего угля.
Паровая турбина. Из котла пар по паропроводу поступает в турбину либо в поршневую машину. Разглядим поначалу турбину (а). Турбина состоит из железного цилиндра, снутри которого находится вал ее с укрепленными на нем рабочими колесами. На рабочих колесах находятся особенные изогнутые лопатки (б и с), где изображено одно из рабочих колес с соплом). Меж рабочими колесами помещаются сопла либо направляющие лопатки. Пар, вырываясь из промежутков меж направляющими лопатками, попадает на лопатки рабочего колеса. Рабочее колесо при всем этом крутится, производя работу. Предпосылкой вращения колеса в паровой турбине является реакция струи пара. Снутри турбины пар расширяется и охлаждается. Входя в турбину по узенькому паропроводу, он выходит из нее по очень широкой трубе (а). Отметим, что турбина может крутиться исключительно в одном направлении и скорость вращения ее не может изменяться в широких границах. Это затрудняет применение паровых турбин на транспорте, но очень комфортно для вращения электронных генераторов.
а) Схема устройства паровой турбины,
б) Размещение на валу ее турбины лопаток: а — направляющих, b — рабочих
Очень принципиальной для электростанций является возможность строить турбины на большенные мощности (до 1 000 000 кВт и поболее), существенно превосходящие наибольшие мощности других типов термических движков. Это обосновано равномерностью вращения вала турбины. При работе турбины отсутствуют толчки, которые получаются в поршневых машинах при движении поршня взад и вперед.
Поршневая паровая машина. Базы конструкции поршневой паровой машины, придуманной в конце XVIII века Ф. Энгельс гласит, что «паровая машина была первым действи-тельно международным открытием» (К. Маркс, Ф. Энгельс. Соч.— 2-е изд., т. 14, с. 570). Энгельс упоминает Папина (француз), Лейбница (германец), Сэвери и Ньюкомена (британцы), также Уатта (британец), придавшего «паровой машине в принципе ее современный вид». Энгель-су в то время не были известны материалы о российском горном инженере, работавшем на Урале и в Сибири, И. И. Ползунове (1728—1766), на 21 год ранее Уатта разработавшем проект паровой машины., в главном сохранились до наших дней. В свое время паровая машина отдала технике, до того практически не знавшей машин-двигателей, новое массивное средство развития. В текущее время она отчасти вытеснена другими типами движков. Но у нее есть свои плюсы, заставляющие время от времени предпочесть ее турбине. Это — простота воззвания с ней, возможность поменять скорость и давать задний ход.
Устройство паровой машины показано на рисунке. Основная ее часть — металлический цилиндр 1, в каком прогуливается поршень 2. Рядом с цилиндром размещен парораспределительный механизм. Он состоит из золотниковой коробки, имеющей сообщение с паровым котлом. Не считая котла, коробка средством отверстия 3 сообщается с конденсатором (в паровозах в большинстве случаев просто через дымовую трубу — с атмосферой) и с цилиндром средством 2-ух окон 4 и 5. В коробке находится золотник 6, движимый особым механизмом средством тяги 7 так, что, когда поршень движется вправо (рис. а), левая часть цилиндра через окно 4 сообщается с паровым котлом, а правая — через окно 5 с атмосферой. Свежайший пар заходит в цилиндр слева, а отработанный пар из правой части цилиндра уходит в атмосферу. Потом, когда поршень движется влево (рис. б), золотник передвигается так, что свежайший пар заходит в правую часть цилиндра, а отработанный пар из левой части уходит в атмосферу. Пар подается в цилиндр не во всегда хода поршня, а исключительно в начале его. После чего благодаря особенной форме золотника пар отсекается (перестает подаваться в цилиндр) и работа делается расширяющимся и охлаждающимся паром. Отсечка пара дает огромную экономию энергии. На паровозах обычно установлены два цилиндра (время от времени больше). Пар поступает поначалу в один цилиндр, а потом во 2-ой. Потому что пар в первом цилиндре расширяется, то поперечник второго цилиндра существенно больше первого. На паровозах, обычно, ставятся огнетрубные котлы; имеется пароперегреватель.
Устройство цилиндра и золотниковой коробки паровой машины
а) Пар заходит в цилиндр слева б) Пар заходит в цилиндр справа
В конце IX и начале XX века строили паровозы, выпускающие пар в атмосферу. Потом на паровозах ставили конденсаторы, и пар в их циркулировал так же, как и в паросиловой станции В наше время паровозы практически вытеснены тепловозами и электро-возами.
Плюсы и недочеты. Основное достоинство паровой машины — ее относительная простота и отличные тяговые свойства независимо от скорости работы. Это позволяет обойтись без редуктора, что прибыльно отличает таковой двигатель от бензинового двигателя, который на малых оборотах недодает мощность. Потому паровая машина очень комфортна в качестве тягового мотора, к примеру, на паровозах. К суровым недочетам паровых машин относятся их маленький КПД, сравнимо низкая наибольшая скорость, большой вес и неизменный расход горючего и воды. (Ранее требовалось существенное время, чтоб паровой котел отдал пар и двигатель заработал; современные котлы позволяют стремительно запустить двигатель.)
Внедрения. В прошедшем паровые машины были по существу единственным первичным движком (если не считать водяного колеса), но в 20 в. их вытеснили электродвигатели, движки внутреннего сгорания, газовые и паровые турбины, владеющие более высочайшими КПД, также большей компактностью, эффективностью и универсальностью внедрения.
На повозку паровую машину поставили в первый раз в 1769, но фактически применяемые машины появились исключительно в 1860-х годах. В 1906 на паромобиле Стэнли был установлен мировой рекорд скорости 190 км/ч на трассе в Орландо-Бич (шт. Флорида). Но в следующие 20 лет паровые движки на автомобилях были вытеснены бензиновыми движками внутреннего сгорания. Паровые движки проиграли соревнование по двум причинам: они замерзали зимой и были неэкономичны, так как добивались много горючего и воды.
Конденсатор. Как было обозначено ранее, после турбины либо поршневой машины пар поступает в конденсатор, играющий роль холодильника. В конденсаторе пары должны перевоплотиться в воду. Но пар конденсируется в воду исключительно в том случае, если отводится выделяющаяся при конденсации теплота испарения. Это делают с помощью прохладной воды. К примеру, конденсатор может быть устроен в виде барабана, снутри которого размещены трубы с проточной прохладной водой.
Отработанный пар проходит мимо труб, по которым протекает прохладная вода. Пар конденсируется. Получившийся конденсат отсасывается от конденсатора по трубе, показанной снизу. В конденсаторах давление пара обычно существенно ниже атмосферного (0,02—0,03 атм). Воду, получившуюся из пара (конденсат), и воздух, проникший совместно с ней, откачивают из конденсатора особенным насосом.
2.2. двигатель Стирлинга
Для внедрения на автомобилях рассматриваются и другие типы движков наружного сгорания. В движке Стирлинга употребляется жаркий воздух, гелий либо водород, а не пар. Рабочий цикл мотора осуществляется за 4 такта: сжатие, нагревание, рабочий ход, остывание. Рабочий газ греется наружным источником тепла, как в паровой машине, а охлаждается водой, повсевременно циркулируя в движке. Этот двигатель был придуман в 1816 шотландцем Р.Стирлингом.
двигатель Стирлинга имеет определенные достоинства по сопоставлению с паровыми машинами, а конкретно, слабенькое воздействие на окружающую среду и достаточно высочайший КПД. Более совершенные конструкции движков Стирлинга разработаны для судов и грузовых автомобилей.
2.3. Двигатель внутреннего сгорания внутреннего сгорания
Перейдем сейчас к другим типам термических движков. Часто встречающийся тип современного термического мотора — двигатель внутреннего сгорания. Движки внутреннего сгорания инсталлируются на автомобилях, самолетах, танках, тракторах, моторных лодках и т. д. Движки внутреннего сгорания могут работать на водянистом горючем (бензин, керосин и т. п.) либо на горючем газе, сохраняемом в сжатом виде в железных баллонах либо добываемом сухой перегонкой из дерева (газогенераторные движки).
Разглядим устройство четырехтактного двигателя внутреннего сгорания авто типа. Устройство движков, устанавливаемых на тракторах, танках и самолетах, в общих чертах сходно с устройством авто мотора.
Основной частью бензинового двигателя является один либо несколько цилиндров, снутри которых делается сжигание горючего. Отсюда и заглавие мотора.
Снутри цилиндра может передвигаться поршень. Поршень представляет собой полый, с одной стороны закрытый цилиндр 1, опоясанный пружинящими кольцами 2, вложенными в канавки на поршне (поршневые кольца). Предназначение поршневых колец — не пропускать газы, образующиеся при сгорании горючего, в просвет меж поршнем и стенами цилиндра (показаны штриховой линией). Поршень обеспечен железным стержнем 3 («пальцем»), служащим для соединения поршня с шатуном 4. Шатун в свою очередь служит для передачи движения от поршня коленчатому валу 5.
Устройство поршня бензинового двигателя.
Справа показано присоединение шатуна к поршню
Высшая часть цилиндра сообщается с 2-мя каналами, закрытыми клапанами. Через один из каналов — впускной подается горючая смесь, через другой — выпускной выбрасываются продукты сгорания. Клапаны имеют вид тарелок, прижимаемых к отверстиям пружинами. Клапаны открываются с помощью кулачков, помещенных на кулачковом валу; при вращении вала кулачки поднимают клапаны средством железных стержней (толкателей). Не считая клапанов, в высшей части цилиндра помещается так именуемая свеча. Это — приспособление для зажигания консистенции средством электронной искры, получаемой от установленных на движке электронных устройств (магнето либо бобины).
Очень принципиальной частью двигателя внутреннего сгорания является прибор для получения горючей консистенции — карбюратор. Его устройство схематически показано на рисунке. Если в цилиндре открыт только впускной клапан и поршень движется к коленчатому валу, то через отверстие 1 засасывается воздух. Воздух проходит мимо трубочки 2, соединенной с поплавковой камерой 3. В камере 3 находится бензин, подцеживаемый с помощью поплавка 4 на таком уровне, что в трубочке 1 он как раз доходит до конца ее. Это достигается тем, что поплавок, поднимаясь при натекании бензина в камеру, запирает отверстие 5 особенной запорной иглой 6 и тем прекращает подачу бензина, если уровень его повысится. Воздух, проходя с большой скоростью мимо конца трубочки 2, засасывает бензин и распыляет его (пульверизатор, § 182). Таким макаром выходит горючая смесь (пары бензина и воздух), приток которой в цилиндр регулируется дроссельной заслонкой 7. Работа мотора состоит из 4 тактов.
Устройство карбюратора
Четыре такта работы бензинового двигателя
I такт — всасывание. Раскрывается впускной клапан /, и поршень 2, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь из карбюратора.
II такт — сжатие. Впускной клапан запирается, и поршень, двигаясь ввысь, сжимает горючую смесь. Смесь при сжатии греется.
III такт — сгорание. Когда поршень добивается верхнего положения (при резвом ходе мотора несколько ранее), смесь поджигается электронной искрой, даваемой свечой. Сила давления газов — раскаленных товаров сгорания горючей консистенции — толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, и этим делается нужная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются и давление их падает. К концу рабочего хода давление в цилиндре падает практически до атмосферного.
IV такт — выпуск (выброс). Раскрывается выпускной клапан 3, и переработанные продукты горения выбрасываются через глушитель в атмосферу.
Из 4 тактов мотора (т. е. за два оборота коленчатого вала) только один, 3-ий, является рабочим. Ввиду этого одноцилиндровый двигатель должен быть оснащен мощным маховиком, за счет кинетической энергии которого двигатель движется в течение других тактов. Одноцилиндровые движки ставятся приемущественно на байках. На автомобилях, тракторах и т. п. с целью получения более равномерной работы мотора ставятся четыре, 6 и поболее цилиндров, установленных на общем валу так, что при каждом такте по последней мере один из цилиндров работает. Чтоб двигатель начал работать, его нужно привести в движение наружной силой. В автомобилях это делается с помощью особенного электромотора, питающегося от аккума (стартер).
Схема устройства водяного остывания цилиндров мотора автомобиля
Добавим, что нужной частью мотора является приспособление для остывания стен цилиндров. При лишнем перегревании цилиндров наступает пригорание масла, вероятны досрочные вспышки горючей консистенции и детонация (взрыв горючей консистенции заместо сгорания, имеющего место при обычной работе). Детонация не только лишь вызывает снижение мощности, да и разрушительно действует на мотор. Остывание цилиндров делается проточной водой, отдающей теплоту воздуху, либо конкретно воздухом. Вода циркулирует, омывая цилиндры 1. Движение воды вызывается нагреванием ее поблизости цилиндров и остыванием в радиаторе 2. Это — система медных трубок, по которым протекает вода. В радиаторе вода охлаждается потоком воздуха, засасываемого при движении вентилятором 3.
Не считая четырехтактных движков, есть наименее всераспространенные двухтактные движки.
Бензиновый двигатель обладает рядом преимуществ, являющихся предпосылкой его широкого распространения (компактность, малая масса). С другой стороны, недочетами мотора являются: а) то, что он просит водянистого горючего высочайшего свойства; б) невозможность получить при его помощи малую частоту вращения (при малом числе оборотов, к примеру не работает карбюратор). Это принуждает прибегать к различного рода приспособлениям для уменьшения частоты вращения (к примеру, к зубчатой передаче).
2.4. Многоцилиндровые движки
Для увеличения мощности мотора и обеспечения большей частоты рабочих ходов делают движки с несколькими цилиндрами. Они могут стоять в ряд вереницей (рядное размещение), в два ряда под углом друг к другу (V-образное), в четыре ряда (X-образное) либо по окружности (круговое). Время от времени цилиндры располагают попарно головками друг к другу (оппозитное размещение). Для движков воздушного остывания обычно выбирают круговую схему, с тем чтоб все цилиндры умеренно охлаждались потоком воздуха. Движки водяного остывания с числом цилиндров менее 6 делают рядными; при большем числе цилиндров обычно употребляют V-образную схему — она более малогабаритна.
2.5. Карбюраторные движки
Принципиальной неувязкой движков внутреннего сгорания является создание топливовоздушной консистенции.
В бензиновых движках смешение воздуха с топливом происходит в карбюраторе. Обычно состав консистенции регулируется за счет конфигурации расхода горючего, но если требуется богатая смесь (к примеру, при запуске мотора), то уменьшают (дросселируют) подачу воздуха.
Смесь воспламеняется искрой меж электродами свечки зажигания, установленной в головке блока цилиндров. Электронное питание обеспечивается аккумом либо маленьким электронным генератором; высочайшее напряжение, требуемое для искры, получают при помощи катушки зажигания.
Клапаны четырехтактного мотора открываются и запираются кулачковым механизмом, который связан с коленчатым валом зубчатой передачей. Так как каждый клапан раскрывается и запирается один раз за два оборота коленчатого вала, кулачковый (распределительный) вал крутится вдвое медлительнее коленчатого.
2.6. Дизельные движки
При сжатии газа его температура увеличивается. Это увеличение температуры в движках Р.Дизеля (1858-1913) употребляется для воспламенения топливовоздушной консистенции. В цилиндре такового мотора происходит сжатие только воздуха, а горючее впрыскивается под высочайшим давлением в конце хода сжатия. Потому в дизельных движках не нужна система зажигания, нет сложностей с опережением зажигания и можно использовать сравнимо доступное дизельное горючее заместо дорогого продукта высочайшей переработки нефти — бензина. Не требуется и карбюратор, так как нет подготовительного смешивания горючего с воздухом. Но из-за высочайшей степени сжатия конструкция должна быть прочнее (и тяжелее); нужно также обеспечить впрыск горючего под огромным давлением.
Высочайшая степень сжатия в дизельных движках (до 20:1) обусловливает и поболее высочайший КПД. Потому дизельные движки используют в тех случаях, когда важен не столько вес, сколько экономичность и высочайшая мощность: на кораблях, грузовиках и жд локомотивах.
Как повысить к.п.д. бензинового двигателя? И расчеты и опыты демонстрируют, что для этого нужно употреблять огромную степень сжатия (отношение меж большим и минимальным объемами цилиндра, см. рис.). При большенном сжатии горючая смесь посильнее греется и выходит более высочайшая температура во время горения консистенции. Но в движках авто типа нельзя употреблять сжатие более 4—5-кратного. При большей степени сжатия горючая смесь греется в течение второго такта так, что воспламеняется ранее, чем необходимо, и детонирует.
Степень сжатия есть отношение объема газа в цилиндре при положении поршня I к объему при положении поршня II
Это затруднение обойдено в движке, сконструированном в конце XIX века Р. Дизелем (двигатель Дизеля либо просто дизель). Устройство дизеля схематически показано на рис. 528. В дизеле подвергается сжатию не горючая смесь, а незапятнанный воздух. Сжатие применяется 11—12-кратное, при этом выходит нагревание воздуха до 500— 600°С. Когда сжатие завершается, в цилиндр вбрызгивается жидкое горючее. Делается это с помощью особенной форсунки, работающей от сжатого воздуха, нагнетаемого компрессором В неких типах дизелей компрессор отсутствует и вбрызгивание горючего делается насосом, дающим очень огромное давление.. Зажигание разбрызганной и испарившейся нефти происходит вследствие высочайшей температуры, получившейся в цилиндре при сжатии, и не просит никаких вспомогательных поджигающих устройств. Во время горения нефти, продолжающегося существенно подольше, чем горение консистенции бензин — воздух в авто движке, поршень опускается вниз и производит работу. Потом делается выбрасывание отработанных газов.
Дизель оказался более экономным движком, чем бензиновый (к. п. д. около 38 %). Он может иметь существенно огромную мощность. Дизели ставят на судах (теплоходах), тепловозах, тракторах, грузовых автомобилях, маленьких электрических станциях. Огромным преимуществом дизеля будет то, что он работает на дешевеньких «тяжелых» сортах горючего, а не на дорогом очищенном бензине. Не считая того, дизели не нуждаются в особенной системе зажигания. Но в тех случаях, когда требуется малый вес мотора при данной мощности, дизели оказываются наименее прибыльными.
Схема мотора Дизеля
2.7. Роторный двигатель Ванкеля
Принципно другой тип бензинового двигателя был реализован в 1957 Ф. Ванкелем. Конструктивно двигатель относительно прост и допускает изготовка в всех размерах. Поршни изменены ротором примерно треугольного сечения, который крутится в камере специальной формы (поверхность камеры выполнена по эпитрохоиде), в какой расположены свеча зажигания и впускные и выпускные отверстия. Такая конструкция позволяет выполнить четырехтактный цикл без внедрения специального механизма газораспределения. В этом движке можно использовать дешевенькие сорта горючего; он практически не делает вибраций.
Главное преимущество мотора Ванкеля — малые размеры при данной мощности. В движке в два раза меньше передвигающихся частей, чем в поршневом, и, как следует, он потенциально надежнее и дешевле в производстве.
2.8. Реактивные движки
Реактивная струя создается реактивным движком, являющимся по существу бензиновым двигателем. На рисунке показана схема устройства 1-го из типов реактивных движков, устанавливаемых на самолетах. двигатель заключен в цилиндрический корпус, открытый впереди (воздухоприемное отверстие) и сзади (выходное сопло). Воздух заходит в фронтальное отверстие (это показано стрелками) и попадает в компрессор, состоящий из ряда лопаток, укрепленных на крутящихся колесах. Компрессор гонит воздух повдоль оси мотора, уплотняя его при всем этом. После компрессора воздух поступает в камеру, в которую впрыскивается горючее. Выходит горючая смесь, которая воспламеняется, образуя газы высочайшей температуры и высочайшего давления. Газы направляются к выходному соплу, по пути приводя в действие газовую турбину, крутящую компрессор, а потом вырываются через сопло из заднего отверстия мотора. Газы, покидающие двигатель и получающие гигантскую скорость в направлении вспять, действуют на самолет с силой реакции, направленной вперед. Эта сила и приводит в движение самолет.
Схема устройства реактивного мотора
Заключение
Итак, машины Слово «машина» употребляется в смысле «дви-гатель» — устройство, совершающее работу за счет получаемой теплоты, тогда как ранее мы гласили о обычных машинах, понимая под ними ме-ханизмы, передающие работу, производящие механическую работу в итоге обмена теплотой с окружающими телами, именуются термическими движками. В большинстве таких машин нагревание выходит при сгорании горючего, по этому нагреватель получает довольно высшую температуру. В этих случаях работа совершается за счет использования внутренней энергии консистенции горючего с кислородом воздуха. Не считая того, есть машины, в каких нагревание делается Солнцем, также проекты машин, использующих разности температур морской воды. Но пока ни те, ни другие не имеют приметного практического значения. В текущее время эксплуатируются также термические машины, использующие теплоту, выделяющуюся в реакторе, где происходит расщепление и преобразование атомных ядер.
К термическим движкам относятся: паровая машина, бензиновый двигатель, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое горючее, солнечная и атомная энергии.
В наше время почаще встречается авто транспорт, который работает на термическом бензиновом двигателе, работающем на водянистом горючем. Рабочий цикл в движке происходит за четыре хода поршня, за четыре такта.
Для усиления мощности и наилучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, употребляют 4,8 и поболее цилиндровых движков. В особенности массивные движки на теплоходах, тепловозах и др.
В современной технике так же обширно используют и другой тип термического мотора. В нём пар либо подогретый до высочайшей температуры газ крутит вал мотора без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие движки именуют турбинами.
В современных турбинах, для роста мощности используют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины используют на термических электрических станциях и на кораблях.
Наибольшее значение имеет внедрение термических движков на термических электрических станциях, где они приводят в движение роторы генераторов электронного тока.
Термические движки — паровые турбины — устанавливают также на всех АЭС для получения пара высочайшей температуры. На всех главных видах современного транспорта в большей степени употребляются термические движки: на авто — поршневые движки внутреннего сгорания; на аква — ДВС и паровые турбины; на ж/д. тепловозы с дизельными установками; в авиации — поршневые, турбореактивные и реактивные движки. Без термических движков современная цивилизация невообразима. Мы не имели бы в обилии дешевенькую электроэнергию и могли быть лишены всех движков высокоскоростного транспорта.
Отрицательное воздействие термических машин на окружающую среду связано с действием разных причин. Во-1-х, при сжигании горючего употребляется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе равномерно миниатюризируется. Во-2-х, сжигание горючего сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А авто движки раз в год выбрасывают в атмосферу две-три тонны — свинца.
Один из путей уменьшения загрязнения среды — внедрением в автомобилях заместо карбюраторных бензиновых агрегатов дизелей, в горючее которых не добавляют соединения свинца. Многообещающими являются разработки автомобилей, в каких заместо бензиновых агрегатов используются электродвигатели либо движки, использующие в качестве горючего водород.
Выбросы вредных веществ в атмосферу — не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики создание электронной и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значимых количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному увеличению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной среды, это повышение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.
Перечень литературы
1. Брускин Д.Э. Электронные машины. — М.: Высшая школа, 1981
2. Вырубов Д.Н. Движки внутреннего сгорания. М., 2001
3. Ефимов С.И., Алексеев В.П. Движки внутреннего сгорания. М., 2003

Страничка: 1 2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *