Які бувають теплові двигуни?

Які бувають теплові двигуни?

Теплові двигуни - це машини, які виробляють механічну роботу завдяки обміну тепла з іншими зовнішніми тілами. Нагрівання відбувається зазвичай завдяки тому, що згорає паливо, в результаті чого виходить достатня температура на нагрівальному елементі. В даному випадку робота здійснюється завдяки використанню енергії суміші кисню і палива. Є різні види теплових двигунів, робота яких заснована на нагріванні за допомогою Сонця, різниці в температурах води. Однак такі машини не отримали достатнього поширення і значення. В експлуатації зараз часто можна виявити двигуни, що використовують теплову енергію розщеплення атомних ядер у реакторі.

Паросилові станції

Поршневі парові (теплові) двигуни були створені наприкінці дев 'ятнадцятого століття. Через сто років з 'явилися і перші парові турбіни. Як каже сама назва, принцип роботи заснований на парі, зазвичай водяному, але є можливість застосовувати навіть пари ртуті. Турбіни на пару встановлюються на потужних електростанціях і великих кораблях. Поршневий двигун же знайшов застосування хіба що у водному транспорті (пароплави і паровози) і на залізниці. Для успішної роботи самого двигуна на пару необхідні деякі допоміжні пристрої і машини, що в сукупності становить паросилову станцію, в якій циркулюють завжди одні і ті ж водні потоки. Вони трансформуються в спеціальних котлах у пар, а потім вже пар проводить необхідну роботу в поршневій машині (або в турбіні). Наступним етапом є перетворення пара на охолоджуваному барабані на воду (конденсатор). З нього утворилася вода через насос і збірний бак прямує знову в котел, замикаючи кругообіг водного потоку. Зазвичай котел іменують терміном "нагрівач", а конденсатор називають холодильником. Завдяки тому, що всередині установки циркулює один і той же потік води, накип практично не утворюється.

Парові котли

Теплові двигуни на пару (котли) складаються з безпосередньо котла і топки, в якій на колосникових решітках спалюється вугілля (або, в деяких, випадках дрова). Застосовувати рідке паливо можна за допомогою його розпилення пором у форсунках. Стиснене повітря, яке виривається з вузької трубки, всмоктує рідке паливо, а потім розбризкує його в необхідному напрямку. Котел складається з трубок і барабана. Через стіни труб передається теплота від топкового газу воді. Зрідка вода може перебувати зовні по відношенню до труб, а під ним - одні топкові гази, іноді - навпаки, тобто вода - всередині трубок, а гарячий газ їх омиває. У таких теплових двигунах, як парові котли, пар перегрівається в так званих зміївиках, при цьому він трансформується в ненасичений з насиченого. Таким чином, зменшується конденсація парів на стінках турбіни і паропроводів, а значить, підвищується коефіцієнт корисної дії самої станції. На котел встановлюють манометр, за допомогою якого здійснюється спостереження за рівнем тиску пари. Необхідний і спеціальний клапан, який випустить потрібний обсяг пари в тому випадку, коли тиск перевищить граничну величину. На дні барабана є пристосування для діагностики рівня води.

Парові турбіни

Турбіни складаються зі сталевих циліндрів, всередині них розташований вал, а на ньому закріплені робочі колеса, між якими поміщені напрямні лопати або сопла. Пар, який виривається між цими лопатками, потрапляє на лопатки біля робочого колеса, яке обертається і виконує роботу. Причина обертання самого колеса - реакція струменя пара. У турбіні потоки пара розширюються і охолоджуються, оскільки входять до неї по дуже вузьких пароплавах, а виходять - у широких трубах.

Двигуни внутрішнього згоряння

Вкрай поширені теплові двигуни працюють на системі внутрішнього згоряння і встановлюються в танках, літаках, автомобілях, тракторах і так далі. Працювати вони можуть на різному паливі: гас, бензин, стислий пальний газ. Основна частина двигуна такого типу - це набір циліндрів. Всередині них і відбувається спалювання будь-якого палива. У циліндрі рухається поршень, який являє собою порожній і закритий тільки з одного боку циліндр. Поршень опоясаний пружинами у вигляді кілець. Їх призначення - не пропустити газ, утворений під час згоряння палива, в проміжки між самим поршнем і стінами циліндра. Верхні частини циліндрів пов 'язані із закритими через клапани канали. Через них впускаються гарячі суміші, а також викидаються відходи згоряння. Крім цих клапанів зверху поміщена свічка. Вона є пристосуванням, за допомогою якого проводиться запалювання горючої суміші через отриману від електричних приладів (бобіни або магнето) іскри.

Карбюратор

Важлива частина теплових двигунів, які працюють на принципі внутрішнього згоряння, - це карбюратор. Якщо впускний клапан в циліндрі відкритий, то поршень рухається до валу, і повітря входить через отвір. Повітряні маси проходять повз трубку, сполучену з камерою, в якій знаходиться бензин. Повітря з великою швидкістю проходить біля кінця трубки, всмоктує бензин, а потім його розпорошує. Тобто утворюється горюча суміш, яка складається з парів бензину і повітря. Приплив цієї суміші в циліндр обмежений дросельними заслінками.

Такти роботи двигуна

Є всього чотири основних такти роботи машини внутрішнього згоряння:

  1. Всмоктування. Під час першого такту відкривається клапан, поршень засмоктує горючу суміш в циліндр з карбюратора.
  2. Стиснення. У другому такті клапан впускний закривається, а поршень рухається вгору і стискає суміш, нагріваючи її таким чином.
  3. Згорання. Після того як поршень досягне положення вгорі, суміш запалюється за допомогою отримуваної від свічки електричної іскри. Сила тиску розпеченого газу виштовхує поршень вниз. Цей рух передається валу, і відбувається робота.
  4. Випуск (він же вихлоп). Відкривається клапан випускний, і всі відпрацьовані продукти згоряння викидається в атмосферу через глушник.

З усіх чотирьох тактів (під час яких відбувається лише два оберти валу) лише третій - робочий. Саме тому одноциліндровий тепловий двигун постачають маховиком, який розкручується і обертається під час усіх інших таких. Одноциліндровий двигун встановлюють хіба що на мотоцикли. На автомобілях ставлять більше чотирьох циліндрів. При цьому їх встановлюють таким чином, щоб хоча б один з циліндрів був у роботі на кожен такт. Для старту двигуна використовують електромотор, який живиться від стартера (акумулятора).


Дизельні двигуни

У дизельній машині стискається не суміш, а просто повітря, причому стиснення відбувається багаторазове, а повітря нагрівається до сотень градусів Цельсія. Після завершення процесу стиснення в циліндр вбризкують вже і рідке паливо за допомогою форсунки, яка працює від нагнітається компресорами стисненого повітря. Розбризкана нафта запалюється завдяки високим температурам. У цей час відбувається корисна робота, а потім - викид відпрацьованого газу. Дизелі застосовують у тепловозах, вантажівках, тракторах.

Реактивний двигун

Такі теплові машини по суті є двигунами внутрішнього згоряння, проте в них застосовують так званий реактивний струмінь. Сам двигун знаходиться в циліндричному корпусі. У передній його отвір входить повітря. Потім у компресорі повітряний потік проходить уздовж осі самого двигуна. Після компресії потік потрапляє в камеру з пальним, де і утворюється горюча суміш, яка загоряється. Таким чином, виходять високотемпáні гази, які рухаються потім до вихідних соплів, приводячи в рух газову турбіну. Дані гази мають неймовірну швидкість.