Виды тепловых двигателей: Виды тепловых двигателей. Виды теплового двигателя

Виды тепловых двигателей

Фгоу спо ленинградский технический колледж

РЕФЕРАТ

На тему:

< Виды тепловых двигателей>

Подготовил: уч-ся группы 1м

Каменев николай

2010г

Виды тепловых двигателей.

Тепловые двигатели - машины, в которых внутренняя энергия топлива

превращается в механическую энергию.

Виды двигателей:

-паровая машина,

-двигатель внутреннего сгорания,

-паровая и газовая турбины,

-реактивный двигатель.

Первый универсальный тепловой двигатель был создан в России выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов на Алтае И. И. Ползуновым. Кроме того, Ползунов внес серьезные усовершенствования в конструкцию рабочих органов двигателя, применил оригинальную систему паро- и водораспределения, и в отличие от машин Ньюкомена ось вала его машины была параллельна плоскости цилиндров. Проект своей машины Ползунов изложил в 1763 г. в записке, адресованной начальнику Колывано-Воскресенского горного округа А. И. Порошину. Свою машину И. И. Ползунов начал строить в 1764 г. К нему прикомандировали четырех учеников, которых он должен был обучить не только теории, но и ремеслам. Машина была изготовлена в декабре 1765 г. А в мае 1766 г. ее создатель умер от чахотки. Машина была испытана уже после его смерти в октябре 1766 г. и работала, в общем, удовлетворительно. Как всякий первый образец, она нуждалась в доработке, к тому же в ноябре обнаружилась течь котла. Но изобретателя не было в живых, а без него устранением недостатков никто не занимался. Машина бездействовала до 1779 г., а затем была разобрана.

Один из самых распространенных тепловых двигателей существующий в двух вариантах: в виде бензинового ДВС и дизеля. Сегодня проектируются ДВС, в которых в качестве горючего будет использоваться водород. 1876 год – Николаус Отто. Основная часть ДВС - один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда, и название двигателя. Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный ДВС. 1-ый такт - впуск (всасывание) . Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-ой такт сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь. 3-ий такт рабочий ход. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов (раскаленных продуктов сгорания) толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым совершается полезная работа. 4-ый такт выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.Из четырех тактов только один - третий - является рабочим. Поэтому двигатель снабжают маховиком (инерционным двигателем, запасающим энергию).

, двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела; в результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в Р. д. могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная). Р. д. (двигатель прямой реакции) сочетает в себе собственно двигатель с движителем, т. е. обеспечивает собственное движение без участия промежуточных механизмов.

История создания дизельного двигателя

Изобретатель дизельного двигателя Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) родился 18 марта 1858 года в Париже, его родители эмигрировали во Францию из Германии. Когда мальчику было 11 лет, началась Франко-прусская война, из-за которой семье Рудольфа вновь пришлось эмигрировать, на этот раз в Англию. Через некоторое время он уезжает к родственникам в немецкий город Аугсбург, там заканчивает училище (1873 год) и поступает в политехническую школу. А уже в 1875 году Рудольф с блеском сдает вступительные экзамены в Высшую политехническую школу в Мюнхене, которую впоследствии успешно оканчивает.В 20-летнем возрасте Дизель возвращается во Францию, чтобы стать главой парижского завода акционерного общества Le refrigerateur («Холодильник»). На этом месте он проработал 12 лет и стал одним из членов правления Акционерного общества холодильных машин. За это время он создал много чертежей и расчетов двигателей, работающих на аммиаке. Дизель фонтанировал идеями построения двигателей для самых разных агрегатов – от моторчиков для швейных машинок до устройств, работающих на солнечных батареях. Он пытался рассчитать самый эффективный двигатель с лучшим КПД.С этим багажом бумаг в 1890 году Рудольф отправился в Берлин, где его посетила гениальная идея. Сам он описал это событие так: «В неустанной погоне за целью, в итоге бесконечных расчетов родилась наконец-то идея, наполнившая меня огромной радостью. Нужно вместо аммиака взять сжатый горячий воздух, впрыснуть в него распыленное топливо и одновременно с сгоранием расширить его так, чтобы возможно больше тепла использовать для полезной работы».Блестящая идея, пришедшая на ум Дизелю, дала старт огромной работе, началом которой послужил патент, носящий название «Рабочий процесс и способ выполнения одноцилиндрового и многоцилиндрового двигателей», выданный 28 февраля 1892 года. Через год был создан первый опытный двигатель, его собрали в Аугсбурге под руководством Дизеля. Во время его испытаний создавались и другие опытные модели, по истечении трех лет работы было создано еще три мотора, последние два из них показали более-менее стабильный ход.Первый образец работал на угольной пыли, но в нем не охлаждались стенки с помощью воды. Для второго образца в качестве топлива выбрали керосин, это дало результат – во время испытаний в 1894 году он работал без нагрузки. Опираясь на данные, полученные во время опытов, ученый создает третий образец, в котором учтены ошибки первых двух. Этот вариант был сырым макетом современного дизельного двигателя, в нем использовался сжатый воздух для подачи топлива в цилиндры и распыления. Третья модель во время испытаний 1 мая 1895 года проработала 30 минут, а впоследствии были проведены тесты с различными нагрузками.Четвертая версия, самая совершенная из всех предыдущих, была создана в 1896 году. Мощность этой модели составила 20 л. с., давление в цилиндрах достигало 35 атмосфер, температура воздуха при сжатии составляла 600-800 градусов по Цельсию, что позволяло использовать ее в промышленных целях. КПД этого мотора был около 34%, что превышало на 15% показатели лучших паровых машин. Измерения зимой 1897 года показали расход 0,24 г керосина на 1 л. с. в час, эффективный КПД составлял 0,26, а термический – 0,29. Таким образом, этот двигатель являлся лучшим силовым агрегатом того времени.Первый дизельный двигатель был создан в 1897году на заводе в Аугсбурге. Его высота составляла 3 м, он развивал 172 об./мин., единственный цилиндр имел диаметр 250 мм, ход поршня составлял 400 мм, а мощность варьировалась от 17,8 до 19,8 л. с. Расход топлива составлял 258 г нефти на 1 л. с. в час, термический КПД достиг 26,2%. Этот мотор был представлен на выставке паровых машин в 1898 году в Мюнхене. В одночасье Рудольф Дизель стал богачом – очень много компаний решило купить лицензии на его производство. Деньги дали возможность ученому заняться коммерцией – он покупал и продавал фирмы, стал основателем завода по производству электропоездов и даже вкладывал деньги в католические лотереи. Однако исследования он забросил.Первые выпущенные дизельные двигатели оказались недееспособными из-за заводских просчетов. Производители не задумались над тем, что создание двигателя требовало высокой точности в изготовлении деталей и использовании жаропрочных материалов. Это было слишком дорого для заводов, поэтому вскоре в адрес Дизеля понеслась жесткая критика. Его обвиняли в обмане, так как предприятия хотели наладить массовое производство дизелей, но из-за больших затрат они могли позволить себе лишь мелкосерийные партии. К их возмущениям присоединяются владельцы угольных шахт и прочие завистники. Под такой аккомпанемент фабрика в Аугсбурге, принадлежавшая Дизелю, стала банкротом.

Рудольф начал налаживать связи с другими странами, он обратился к промышленникам из Франции, Австрии, Швейцарии, России, Америки и Бельгии. Так, права на производство и продажу дизельных двигателей купил Альфред Нобель, который собирался наладить эту работу в России. В 1898 году Эммануил Нобель сделал возможным производство дизельных моторов на фамильном заводе в Петербурге. В этом же году при содействии Нобеля был создан первый в мире двигатель с внутренним смесеобразованием. И уже через год заработал первый дизельный двигатель. Всего в 1899 году их было выпущено 7 штук мощностью 30 и 40 л. с. А через 13 лет штат работников завода увеличился до 1000 человек, что позволило наладить выпуск более 300 моторов в год.В 1908 году Дизель приступил к созданию двигателя, пригодного для работы с автомобилем. Он создал опытный экземпляр, по размерам и массе подобный бензиновому, который установил на грузовик, но тесты двигатель не прошел. Примерно в эти же годы его вновь признают на родине как выдающегося ученого и вручают диплом доктора-инженера в присутствии кайзера Вильгельма II. Помимо исследований по части двигателя Рудольф занимался созданием огнемета, работал с зажигательными смесями. Еще он дорабатывал конструкцию реверсивного судового четырехконтактного мотора. В последнем он добился хороших результатов, благодаря чему в конце лета 1913 года его позвали в Англию.

Смерть Рудольфа Дизеля так и осталась загадкой для человечества. Это произошло 29 сентября 1913 года на лайнере «Дрезден». Корабль выехал из гавани Антверпена, после ужина в 11 часов вечера ученый отправился спать в свою каюту. На следующий день утром в ней никого не было, Дизель исчез с судна. Его тело было найдено через 10 дней командой бельгийского лоцманского катера. С утопленника сняли кольца, вынули из карманов кошелек, футляр для очков и аптечку, а труп погрузили в море. Сын Дизеля прибыл в Бельгию на опознание вещей, он подтвердил, что они принадлежали Рудольфу. Есть множество предположений о причине гибели ученого: одни говорили, что это самоубийство на фоне банкротства (в наследство семье осталось всего 20 тыс. марок), другие заявляли, что это несчастный случай, третьи были уверены в том, что его убили немецкие солдаты, чтобы не допустить утечки секретной информации. Были и приверженцы версии, что к смерти Дизеля причастен Людвиг Нобель.

Дальнейшей работой над дизельным мотором занялся инженер Проспер Леранж, работник завода Benz&Cie. В 1909 году он получил патент на дизельный двигатель с предкамерой. Кроме того, он изобрел конусообразную предкамеру, форсунки с игольчатым клапаном и насос-форсунки. Первый грузовик, оснащенный дизельным двигателем, был выпущен в 1923 году на заводе в Мангейме. Это был 5-тонный Benz 5K3, в котором был установлен 4-цилиндровый дизельный двигатель с предкамерой объемом 8,8 л, он развивал мощность от 45 до 50 л. с. при 1000 об./мин. Практически одновременно с этим событием инженеры компании Daimler-Motoren-Gesellschaft создали атмосферный дизель аналогичной мощности, а также в компании MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg) был сконструирован дизель с прямым впрыском

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Книга Дизель Рудольфа «Создание дизельного двигателя»

http://gbogatih.narod.ru/phdvig2.htm

Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике.

stud24.ru

Физическая основа и виды тепловых двигателей

Содержание

1. Введение 3

2. История тепловых двигателей 4

3. Физическая основа теплового двигателя 10

4. Виды тепловых двигателей 13

4.1 Паровые двигатели 13

4.1.1 Паросиловая станция 13

4.1.2 Паровая турбина 15

4.1.3 Поршневая паровая машина 17

4.2 Двигатели внутреннего сгорания 19

4.2.1 Цикл Карно 19

4.2.2 Четырехтактный карбюраторный двигатель 21

4.2.3 Двухтактный двигатель 23

4.2.4 Бензиновый двигатель внутреннего сгорания 26

4.2.5 Двигатель Дизеля 31

4.2.6 Двигатель Стирлинга 32а

4.3 Реактивные двигатели 33

4.3.1 Воздушно-реактивный двигатель 35

4.3.2 Ракетные двигатели 38

4.4 Термомагнитные двигатели и тепловые двигатели

с внешним подводом тепла 41

5. КПД тепловых двигателей 47

5.1 Максимальное значение КПД тепловых двигателей 49

5.2 КПД двигателей внутреннего сгорания 52

6. Тепловые двигатели и окружающая среда 53

7. Практическая часть 60

8. Заключение 62

9. Приложение 63

10. Литература 68

1. Введение Запасы внутренней энергии в земной коре и в океанах практически безграничны. Для того чтоб превратить часть этой энергии в механическую, чаще всего пользуются тепловыми двигателями – устройствами, которые позволяют превращать внутреннюю энергию пара или газа в механическую.

К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Тепловые двигатели - паровые турбины - устанавливаются на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания, на водном - двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины, на железнодорожном - тепловозы с дизельными установками, в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта. Именно это и побудило меня к написанию этого реферата. Мне захотелось узнать как можно больше о том, что окружает нас, ведь тепловые двигатели в настоящее время используются везде, но все же не все знают их историю, их виды и то как они влияют на окружающую среду.

2. История тепловых двигателей

В древности люди приводили в действие простейшие механизмы руками или с помощью животных.

Затем они научились использовать силу ветра, плавая на парусных кораблях. Они научились так же использовать ветер для вращения ветряных мельниц, перемалывающих зерно в муку. Позже они стали применять энергию течения воды в реках для вращения водяных колес. Эти колеса перекачивали и поднимали воду или приводили в действие различные механизмы.История появления тепловых двигателей уходит в далекое прошлое. Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара.Как же стреляла эта пушка? Один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Для нас интересно здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому как поршень скользило ядро.Примерно тремя столетиями позже в Александрии — культурном и богатом городе на африканском побережье Средиземного моря — жил и работал выдающийся ученый Герон, которого историки называют Героном Александрийским.Герон оставил несколько сочинений, дошедших до нас, в которых он описал различные машины, приборы, механизмы, известные в те времена. В сочинениях Герона есть описание интересного прибора, который сейчас называют Героновым шаром.Он представляет собой полый железный шар, закрепленный так, что может вращаться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступает в шар, из шара он вырывается наружу через, изогнутые трубки, при этом шар приходит во вращение. Внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию вращения шара. Геронов шар — это прообраз современных реактивных двигателей.В то время изобретение Герона не нашло применения и осталось только забавой. Прошло 15 столетий.

Во времена нового расцвета науки и техники, наступившего после периода средневековья, об использовании внутренней энергии пара задумывается Леонардо да Винчи. В его рукописях есть несколько рисунков с изображением цилиндра и поршня. Под поршнем в цилиндре находится вода, а сам цилиндр подогревается. Леонардо да Винчи предполагал, что образовавшийся в результате нагрева воды пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, будет искать выход и толкать поршень вверх. Во время своего движения вверх поршень мог бы совершать полезную работу.Несколько иначе представлял себе двигатель, использующий энергию пара, Джованни Бранка, живший на век позже великого Леонардо. Это было колесо с лопатками, в которое с силой ударяла струя пара, благодаря чему колесо начинало вращаться. По существу, это была первая паровая турбина.В XVII-XVIII веках над изобретением паровой машины трудились англичане Томас Севери (1650-1715) и Томас Ньюкомен (1663-1729), француз Дени Папен (1647-1714), русский ученый Иван Иванович Ползунов (1728-1766) и многие другие.Папен построил цилиндр, в котором вверх и вниз свободно перемёщался поршень. Поршень был связан тросом, перекинутым через блок, с грузом, который вслед за поршнем также поднимался и опускался. По мысли Папена, поршень можно было связать с какой-либо машиной, например водяным насосом, который стал бы качать воду. В нижнюю откидывающуюся часть цилиндра насыпали порох, который затем поджигали.

Образовавшиеся газы, стремясь расшириться, толкали поршень вверх.

После этого цилиндр и поршень с наружной стороны обливали холодной водой. Газы в цилиндре охлаждались, и их давление на поршень уменьшалось. Поршень под действием собственного веса и наружного атмосферного давления опускался вниз, поднимая при этом груз. Двигатель совершал полезную работу. Для практических целей он не годился: слишком уж сложен был технологический цикл его работы (засыпка и поджигание пороха, обливание водой, и это на протяжении всей работы двигателя!).

Кроме того, применение подобного двигателя было далеко не безопасным.Однако нельзя не усмотреть в первой машине Папена черты современного двигателя внутреннего сгорания.В своем новом двигателе Папен вместо пороха использовал воду. Ее наливали в цилиндр под поршень, а сам цилиндр разогревали снизу. Образующийся пар поднимал поршень.

Затем цилиндр охлаждали, и находящийся в нем пар конденсировался — снова превращался в воду. Поршень, как и в случае порохового двигателя, под действием своего веса и атмосферного давления опускался вниз. Этот двигатель работал лучше, чем пороховой, но для серьезного практического использования был также малопригоден: нужно было подводить и отводить огонь, подавать охлажденную воду, ждать, пока пар сконденсируется, перекрывать воду и т.п.Все эти недостатки были связаны с тем, что приготовление пара, необходимого для работы двигателя, происходило в самом цилиндреА что если в цилиндр впускать уже готовый пар, полученный, например, в отдельном котле? Тогда достаточно было бы попеременно впускать в цилиндр то пар, то охлажденную воду, и двигатель работал бы с большей скоростью и меньшим потреблением топлива. Примерная схема работы двигателя Папена в Приложении, рис 1

Об этом догадался современник Дени Папена англичанин Томас Севери, построивший паровой насос для откачки воды из шахты. В его машине приготовление пара происходило вне цилиндра — в котле.Вслед за Севери паровую машину (также приспособленную для откачивания воды из шахты) сконструировал английский кузнец Томас Ньюкомен. Он умело использовал многое из того, что было придумано до него. Ньюкомен взял цилиндр с поршнем Папена, но пар для подъема поршня получал, как и Севери, в отдельном котле. Примерная схема работы насоса Сэвери представлена в Приложении, рис 2.Машина Ньюкомена, как и все ее предшественницы, работала прерывисто — между двумя рабочими ходами поршня была пауза. Высотой она была с четырех-пятиэтажный дом и, следовательно, исключительно «прожорлива»: пятьдесят лошадей еле-еле успевали подвозить ей топливо. Обслуживающий персонал состоял из двух человек: кочегар непрерывно подбрасывал уголь в «ненасытную пасть» топки, а механик управлял кранами, впускающими пар и холодную воду в цилиндр. Примерная схема работы машины Ньюкмена представлена в Приложении, рис 3Понадобилось еще 50 лет, прежде чем был построен универсальный паровой двигатель. Это произошло в России, на одной из отдаленных ее окраин — Алтае, где в то время работал гениальный русский изобретатель, солдатский сын Иван Ползунов.Ползунов построил свою «огнедействующую машину» на одном из барнаульских заводов.

Это изобретение было делом его жизни и, можно сказать, стоило ему жизни. В апреле 1763 года Ползунов заканчивает расчеты и подает проект на рассмотрение. В отличие от паровых насосов Севери и Ньюкомена, о которых Ползунов знал, и недостатки которых ясно осознавал, это был проект универсальной машины непрерывного действия. Машина предназначалась для. воздуходувных мехов, нагнетающих воздух в плавильные печи.

Главной ее особенностью было то, что рабочий вал качался непрерывно, без холостых пауз.

Это достигалось тем, что Ползунов предусмотрел вместо одного цилиндра, как это было в машине Ньюкомена, два попеременно работающих. Пока в одном цилиндре поршень под действием пара поднимался вверх, в другом пар конденсировался, и поршень шел вниз. Оба поршня были связаны одним рабочим валом, который они поочередно поворачивали то в одну, то в другую стороны. Рабочий ход машины осуществлялся не за счет атмосферного давления, как у Ньюкомена, а благодаря работе пара в цилиндрах.Весной 1766 года ученики Ползунова, спустя неделю после его смерти (он умер в 38 лет), испытали машину. Она работала в течение 43 суток и приводила в движение мехи трех плавильных печей. Потом котел дал течь; кожа, которой были обтянуты поршни (чтобы уменьшить зазор между стенкой цилиндра и поршнем), истерлась, и машина остановилась навсегда. Больше ею никто не занимался. Примерная схема работы машины Ползунова представлена в Приложении, рис 4.

Создателем другого универсального парового двигателя, который получил широкое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт (1736-1819).Работая над усовершенствованием машины Ньюкомена, он в 1784 году построил двигатель, который годился для любых нужд. Изобретение Уатта было принято на ура. В наиболее развитых странах Европы ручной труд на фабриках и заводах все больше и больше заменялся работой машин. Универсальный двигатель стал необходим производству, и он был создан.В двигателе Уатта применен так называемый кривошипно-шатунный механизм, преобразовывающий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение колеса.Уже потом было придумано «двойное действие» машины: направляя поочередно пар то под поршень, то сверху поршня, Уатт превратил оба его хода (вверх и вниз) в рабочие. Машина стала мощнее. Пар в верхнюю и нижнюю части цилиндра направлялся специальным парораспределительным механизмом, который впоследствии был усовершенствован и назван «золотником».Затем Уатт пришел к выводу, что вовсе не обязательно все время, пока поршень движется, подавать в цилиндр пар. Достаточно впустить в цилиндр какую-то порцию пара и сообщить поршню движение, а дальше этот пар начнет расширяться и перемещать поршень в крайнее положение. Это сделало машину экономичней: меньше требовалось пара, меньше расходовалось топлива. Примерная схема работы машины Уатта представлена в Приложении, рис 5.Сегодня один из самых распространенных тепловых двигателей - двигатель внутреннего сгорания (ДВС) . Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т.д., во всем мире насчитываются сотни миллионов таких двигателей. 3. Физическая основа тепловых двигателей

Совершение механической работы в современных машинах и механизмах в основном происходит за счет внутренней энергии веществ.

Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию

Невозможно представить себе современную цивилизацию без тепловых двигателей.

Механическая работа в двигателе совершается при расширении рабочего вещества, перемещающего поршень в цилиндре. Для цикличной, непрерывной работы двигателя необходимо возвращения поршня в его первоначальное положение, т.е. сжатие рабочего вещества. Легко сжимаемым веществом является вещество в газообразном состоянии, поэтому в качестве рабочего вещества в тепловых двигателях используется газ или пар.

Работы теплового двигателя состоит из периодически повторяющихся процессов расширения и сжатия газа. Сжатие газа не может быть самопроизвольным, оно происходит только под действием внешней силы, например за счет энергии, запасенной маховиком двигателя при расширении газа.

Полная механическая работа А складывается из работы расширения газа Арасш и работы сжатия газа Асж, совершаемой силами давления газа при его сжатии. Так как при сжатии ΔV<0, то Асж = - |Асж |<0, поэтому

А= Арасш - |Асж|.

Для получения положительной полной механической работы (А>0) необходимо, чтобы работа сжатия газа была меньше работы его расширения.

С учетом формулы: A=pΔV имеем А=(pрасш - pсж)ΔV.

Изменение объема ΔV газа при расширении и сжатии должно быть одинаковым из-за цикличности работы двигателяю.

Следовательно, давление газа при сжатии должно быть меньше его давления при расширении. При одном и том же объеме газа тем меньше, чем ниже его температура, поэтому перед сжатием газ должен быть охлажден, т.е. приведен в контакт с холодильной машиной – телом, имеющим более низкую температуру. Для получения механической работы в тепловом двигателе при циклическом процессе расширение газа должно происходить при более высокой температуре, чем сжатие.

Необходимое условие дл циклического получения механической работы в тепловом двигателе – наличие нагревателя и холодильника.

Вещество, производящее работу в тепловых машинах, называют рабочим телом или рабочим веществом. В паровых машинах рабочим телом является водяной пар, в двигателях внутреннего сгорания – газ. Тепловые машины могут быть устроены различно, но все они обладают общим свойством – периодичностью действия, или цикличностью, в результате чего рабочее тело возвращается в исходное состояние.

Циклы основных современных тепловых двигателей показаны на рисунке 1. Полезная работа, совершённая этими двигателями, численно равна площади фигур, ограниченных графиками тепловых процессов, происходящих с рабочим телом.

4. Виды тепловых двигателей

4.1 Паровые двигатели.

4.1.1 Паросиловая станция.

Паросиловая станция. Работа этих двигателей производится посредством пара. В огромном большинстве случаев — это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ (например, ртути). Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте (паровозы и пароходы).

Для работы парового двигателя необходим ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство вместе носит название паросиловой станции. На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода.

Рис.2. Схема оборудования

паросиловой станции

Вода превращается в пар в котле, пар производит работу в турбине (или в поршневой машине) и снова превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой (конденсатор). Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак (сборник) снова направляется в котел.

В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор — холодильником. Так как в установке циркулирует практически одна и та же вода (утечка пара невелика и добавлять воды почти не приходится), то в котле почти не получается накипи, т. е. осаждения растворенных в воде солей. Это важно, так как накипь плохо проводит тепло и уменьшает коэффициент полезного действия котла. В случае появления накипи на стенках котла ее удаляют. 4.1.2 Паровая турбина.

Паровая турбина – тепловой двигатель ротационного типа, преобразующий потенциальную энергию пара сначала в кинетическую энергию и далее в механическую работу. Паровые турбины применяются преимущественно на электростанциях и на транспортных силовых установках – судовых и локомотивных, а также используются для приведения в движение мощных воздуходувок и других агрегатов.

Турбина (см. рисунок 4) состоит из стального цилиндра, внутри которого находится вал с укрепленными на нем рабочими колесами. На рабочих колесах находятся особые изогнутые лопатки (b). Между рабочими колесами помещаются сопла или направляющие лопатки (a). Пар, вырываясь из промежутков между направляющими лопатками, попадает на лопатки рабочего колеса. Рабочее колесо при этом вращается, производя работу. Причиной вращения колеса в паровой турбине является реакция струи пара. Внутри турбины пар расширяется и охлаждается. Входя в турбину по узкому паропроводу, он выходит из нее по очень широкой трубе.

www.coolreferat.com