ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. ИСТОРИЯ. УСТРОЙСТВО. ЗНАЧЕНИЕ

Теплово́й дви́гатель — это машина, превращающая тепло в механическую энергию. Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики и основывается на зависимости теплового расширения вещества от температуры. Необходимые условия для работы: разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины, наличие топлива.

Самый известныйдвигатель внешнего сгорания– этопаровая машина, изобретение которой ознаменовало началонаучно-технической революции (НТР).

Парова́я маши́на — это тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Принцип действия

Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от кизяка до урана.

Значение

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, на паровых судах, тягачах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XIX века.

Поздние паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинамии электромоторами, КПД которых выше.

Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.

1 — Поршень
2 — Шток поршня
3 — Ползун
4 — Шатун
5 — Коленчатый вал
6 — Эксцентрик для привода клапана
7 — Маховик
8 — Золотник
9 — Центробежный регулятор

Теория

Работа, совершаемая

двигателем, равна: , где:

· — количество теплоты, полученное от нагревателя,

· — количество теплоты, отданное охладителю.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1 (100%). У первых паровых машин КПД был особенно низкий (20% и меньше), в сравнении с более современными двигателями, например, двигателями внутреннего сгорания. Однако с развитием технологии сегодня можно встретить паровые турбины с КПД более 50%.

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния

— тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

По сравнению с паровой машиной двигатель внутреннего сгорания:

· принципиально проще (нет парокотёльного агрегата)

· компактнее

· легче

· экономичнее

· требует газообразное и жидкое топливо лучшего качества

Изобретение двигателей внутреннего сгорания позволило человечеству встать на ступеньку выше: благодаря этой технологии сегодня мы имеем разветвленную систему транспорта (автомобиле-, судо-, авиастроение), подарившего небывалый комфорт и скорость передвижения на любые расстояния. Также эта технология используется в электрогенераторах, строительных приборах и устройствах специального назначения. Главный минус двигателей внутреннего сгорания – выделение в атмосферу огромного количества углекислого газа, получаемого при сгорании топлива, и выделение тепла (КПД около 30%, а значит, большая часть внутренней энергии уходит не на приведение в движение системы поршней, а на нагрев окружающей среды).