Содержание
Понятие теплового двигателя
Рассмотрим, опыт. В пробирку нальём немного воды. Затем плотно закроем пробирку пробкой. Нагреем воду до кипения. В результате кипения воды, образуется пар, внутренняя энергия которого увеличивается. В результате пробка под давлением пара вылетает. Значит внутренняя энергия совершила работу, вытолкнула пробку. Пробка приобрела кинетическую энергию.
Тепловым двигателем называют устройства, в которых внутренняя энергия превращается в механическую энергию.
Виды тепловых двигателей. Устройство на примере двигателя внутреннего сгорания
Существует, несколько видов тепловых двигателей:
1) Паровая машина
2) Паровая и газовые турбины
3) ДВС и дизельный двигатель
4) Реактивный двигатель
Рассмотрим, устройство теплового двигателя на примере ДВС.
Двигателем внутреннего сгорания называют устройство, в котором топливо сгорает внутри.
Устройство двигателя:
1) Цилиндр.
2) Поршень.
3) Шатун.
4) Маховик.
5) Кулачки эксцентрики.
6) Впускной и выпускной клапан.
7) Свеча.
8) Коленчатый вал.
Принцип действия теплового двигателя
В работе теплового двигателя используются четыре такта. Впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
Тактом называют расстояние между верхней мёртвый точкой цилиндра и нижней мёртвой точкой.
Через 1 клапан в цилиндр под давлением атмосферы поступает горючая смесь. Которая опускает поршень вниз. Этот такт называют пуском. Поршень поднимается и сжимает горючую смесь до давления 4 — 5 атмосфер. И в этот момент загорается свеча. Второй такт называют сжатие. Третий такт. Горючая смесь сгорает при температуре 1600 — 1800 градусов. Образуется отработанный пар или газ под давлением которого, поршень опускается вниз. Совершается главный рабочий ход. 4 такт: по инерции поршень поднимается и выталкивает отработанные пары и газы. Открывая выпускной клапан, наружу.
Виды топлива. КПД
При работе тепловых двигателей используются различные виды топлива: бензин, керосин, нефть, природный газ, каменный уголь, спирт, древесный уголь.
Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть топлива. Не используется эффективно, а выбрасывается в окружающее пространство. Очень важно знать какую часть энергии, выделяемую топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее. Для характеристики экономичности различных тепловых двигателей введено понятие коэффициента полезного действия двигателя (КПД).
Отношение совершенной к полезной работы двигателя к энергии, полученное от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.
Каждый изобретатель, создавая свой двигатель стремится повысить коэффициент полезного действия. То есть уменьшить количество теплоты, который выбрасывается в атмосферу. На сегодняшний день, КПД достаточно маленький. Например ДВС, имеют КПД от 20 до 40%, паровые двигатели 30%, а дизельный двигатель имеет 35%, а у новых образцов 45%. Поэтому для экономики больше пользы приносят дизельные двигатели.
Устройство и действие паровой турбины
В современной технике широко применяют другой тип теплового двигателя. В нём пар или газ нагретый до высокой температуры вращает вал двигателя при помощи турбин.
Устройство турбины:
1) Вал.
2) Насаженный диск.
3) На дисках закреплены лопатки.
4) Сопла.
5) Паровой котел.
Струи пара вырываются из сопла, оказывают значительное давление на лопатки. И приводят турбину в быстрое вращательное движение. В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков насаженных на общий вал. Последовательно пар проходит через лопатки всех дисков. Отдавая каждому из них часть своей энергии. В нашей стране строят паровые турбины мощностью от нескольких кВт до 1200000 кВт. Применяют турбины на тепловых электрических станциях и на кораблях. Постепенно находят все более широкое применение газовые турбины. В которых вместо пара используются продукты сгорания газа.