ДВИГУН ТЕПЛОВОЇ
ДВИГУН ТЕПЛОВОЇ, машина для перетворення теплової енергії в механічну роботу. В тепловому двигуні відбувається розширення газу, який тисне на поршень, змушуючи його переміщатися, або на лопатки колеса турбіни, повідомляючи йому обертання. Прикладами поршневих двигунів є парові машини і двигуни внутрішнього згоряння (карбюраторні і дизельні). Турбіни двигунів бувають газові (наприклад, в авіаційних турбореактивних двигунах) і парові. Див. Також АВІАЦІЙНА СИЛОВА ВСТАНОВЛЕННЯ; ТУРБИНА.
ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
У поршневих теплових двигунах гарячий газ розширюється в циліндрі, переміщаючи поршень, і тим самим робить механічну роботу. Для перетворення прямолінійного зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух вала зазвичай використовується кривошипно-шатунний механізм.
У двигунах зовнішнього згоряння (наприклад, в парових машинах) робоче тіло нагрівають за рахунок спалювання палива поза двигуном і подають в циліндр газ (пар) під високими температурою і тиском. Газ, розширюючись і переміщаючи поршень, охолоджується, а тиск його падає до близького до атмосферного. Цей відпрацьований газ видаляється з циліндра, а потім в нього подається нова порція газу - або після повернення поршня у вихідне положення (в двигунах одинарної дії - з одностороннім впусканням), або зі зворотного боку поршня (в двигунах подвійної дії). В останньому випадку поршень повертається у вихідне положення під дією розширюється нової порції газу, а в двигунах одинарної дії поршень повертається у вихідне положення маховиком, встановленим на валу кривошипа. У двигунах подвійної дії на кожен оборот валу припадає два робочих ходу, а в двигунах одинарної дії - тільки один; тому перші двигуни в два рази потужніший при однакових габаритах і швидкостях.
У двигунах внутрішнього згоряння гарячий газ, який переміщує поршень, отримують за рахунок спалювання суміші палива і повітря безпосередньо в циліндрі.
Для підведення свіжого порцій робочого тіла і випуску відпрацьованого газу в двигунах застосовується система клапанів. Підведення і випуск газу виробляються при строго певних положеннях поршня, що забезпечується спеціальним механізмом, який керує роботою впускних і випускних клапанів.
ДВИГУНИ ЗОВНІШНЬОГО відпрацьованих газів
Теоретично будь-який газ можна використовувати як робоче тіло такого двигуна, однак на практиці використовується тільки пар, оскільки він може запасти більше енергії, ніж будь-яке інше настільки ж доступне робоче тіло. Якщо в якості робочого тіла застосувати повітря, то для отримання тієї ж потужності його доведеться розігріти до більш високої температури. А для цього потрібно більш складний нагрівач, ніж паровий котел, і більш надійна теплоізоляція всіх елементів системи.
Парові машини.
Гідності й недоліки.
Основна перевага парової машини - її відносна простота і хороші тягові характеристики незалежно від швидкості роботи. Це дозволяє обійтися без редуктора, що вигідно відрізняє такий двигун від двигуна внутрішнього згоряння, який на малих обертах недодає потужність. Тому парова машина дуже зручна в якості тягового двигуна, наприклад, на паровозах. До серйозних недоліків парових машин відносяться їх низький ККД, порівняно невисока максимальна швидкість, велику вагу і постійну витрату палива і води. (Раніше було потрібно чимало часу, щоб паровий котел дав пар і двигун заробив; сучасні котли дозволяють швидко запустити двигун.)
Застосування.
У минулому парові машини були по суті єдиним первинним двигуном (якщо не брати до уваги водяного колеса), проте в 20 в. їх витіснили електродвигуни, двигуни внутрішнього згоряння, газові та парові турбіни, що володіють більш високими ККД, а також більшою компактністю, ефективністю і універсальністю застосування.
На візок парову машину поставили вперше в 1769, однак практично використовувані машини з'явилися тільки в 1860-х роках. У 1906 на паромобіль Стенлі був встановлений світовий рекорд швидкості 190 км / год на трасі в Орландо-Біч (шт. Флорида). Однак в наступні 20 років парові двигуни на автомобілях були витіснені бензиновими двигунами внутрішнього згоряння. Парові двигуни програли змагання з двох причин: вони замерзали взимку і були неекономічні, оскільки вимагали багато палива і води.
Двигун Стірлінга.
Для застосування на автомобілях розглядаються і інші типи двигунів зовнішнього згоряння. У двигуні Стірлінга використовується гаряче повітря, гелій або водень, а не пар. Робочий цикл двигуна здійснюється за 4 такту: стиснення, нагрівання, робочий хід, охолодження. Робочий газ нагрівається зовнішнім джерелом тепла, як в паровій машині, а охолоджується водою, постійно циркулюючи в двигуні. Цей двигун був винайдений в 1816 шотландцем Р.Стірлінгом.