ГОКУ АО «Общеобразовательная школа при учреждениях исполнения наказания», г. Благовещенск
Тепловые двигатели.
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.
Первой известной нам тепловой машиной была паровая турбина внешнего сгорания, изобретённая во ΙΙ (или в Ι ?) веке н. эры в римской империи. Это изобретение не получило своего развития предположительно из-за низкого уровня техники того времени (например, тогда ещё не был изобретён подшипник).
Позже в Китае появилось пороховое орудие и пороховая ракета. Это было сравнительно простое устройство. С точки зрения механики пороховая ракета не являлась тепловым двигателем, а с точки зрения физики являлась тепловой машиной. Уже в 17 веке ученые пытались изобрести на основе порохового орудия тепловой двигатель.
Пороховой снаряд в Древнем Китае
- Виды тепловых двигателей
- Тепловые двигатели внешнего сгорания:
1.Двигатель Стирлинга - это тепловой аппарат, в котором газообразное или жидкое рабочее тело совершает движения в замкнутом пространстве. Это устройство основано на периодическом охлаждении и нагреве рабочего тела. При этом извлекается энергия, которая возникает при изменении объема рабочего тела. Двигатель Стирлинга может работать от любого источника тепла.
Был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года. Однако первые элементарные «двигатели горячего воздуха» были известны ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Достижением Стирлинга является добавление узла, который он назвал «эконом».
Роберт Стирлинг -
создатель знаменитого альтернативного паровой машине двигателя, названного в его честь.
В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в двигатель Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %. Двигатель Стирлинга имеет много преимуществ и был широко распространён в эпоху паровых машин.
2.Паровая машина
Джеймс Уатт – шотландский инженер-изобретатель, создатель универсальной паровой машины
Схема работы паровой машины Уатта
Главный плюс паровых машин - простота и отличные тяговые качества. При этом можно обходиться без редуктора. По этой причине паровую машину удобно использовать в качестве тягового двигателя.
Недостатки: низкий КПД, невысокая скорость, постоянный расход воды и топлива, большой вес
Паровая машина - любой тепловой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу.
Грузовик с паровым двигателем
Паровая пожарная машина
Трактор с паровым двигателем
(КПД) теплового двигателя может быть определён как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты, содержащейся в топливе. Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла. Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь КПД от 1 до 8 %, усовершенствованный двигатель может улучшить КПД до 25 % и даже более.
Тепловая электростанция может достичь КПД в 30-42 %. Парогазовые установки могут достигать КПД в 50-60 %.
На ТЭЦ эффективность повышается за счёт использования частично отработавшего пара для отопления и производственных нужд. При этом используется до 90 % энергии топлива и только 10 % рассеивается бесполезно в атмосфере.
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ:
- ДВС (двигатель внутреннего сгорания) - это двигатель, в процессе работы которого, часть сгорающего топлива преобразуется в механическую энергию.
Первый ДВС был придуман и создан
Э. Ленуаром в 1860 году. Рабочий цикл состоит из четырех тактов, по этой причине этот двигатель ещё называют четырехтактным. В настоящее время такой двигатель чаще всего встречается на автомобилях.
Рудольф Дизель(1858-1913).
Немецкий инженер, создатель ДВС,
используемого по настоящее время
2. Роторный ДВС
Этот вид двигателя относительно прост и может быть создан в любых размерах. Вместо поршней используется ротор, вращающийся в специальной камере. В ней расположены впускные отверстия и выпускные, а также свеча зажигания. При таком типе конструкции четырехтактный цикл осуществляется без механизма газораспределения. В роторном ДВС можно использовать дешевое топливо. Также он практически не создаёт вибраций, дешевле и надежнее в производстве, чем поршневые тепловые двигатели.
«Mazda» на базе роторного мотора.
3. Ракетные и реактивные тепловые двигатели.
Суть этих устройств состоит в том, чтобы тяга создавалась не с помощью винта, а посредством отдачи выхлопных газов двигателя.
Могут создавать тягу в пространстве без воздуха.
Бывают твердотопливные, гибридные и жидкостные). И последний подвид - это турбовинтовые тепловые двигатели. Создание энергии происходит за счёт винта и за счёт отдачи выхлопных газов.
Схема устройства реактивного двигателя
Ан-140- турбовинтовой грузопассажирский самолёт
Тепловым двигателем называют устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии топлива. Все тепловые двигатели обладают общим свойством периодичностью действия (цикличностью), в результате чего рабочее тело периодически возвращается в исходное состояние.
Паровая машина тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно- поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии.
Двигатель внутреннего сгорания тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу. Первый практически пригодный газовый двигатель внутреннего сгорания был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром () в 1860 году. Мощность двигателя составляла 8,8 кВт (12 л. с.).
Паровая турбина тепловой двигатель, в котором энергия пара преобразуется в механическую работу. Газовая турбина, тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого я нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу.
Реактивный двигатель двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Реактивный двигатель был изобретен Гансом фон Охайном, выдающимся немецким инженером- конструктором и Фрэнком Уиттлом.
