Η θερμική μηχανή (ατμομηχανή) έπαιξε και συνεχίζει να παίζει έναν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του πολιτισμού μας. Η εφεύρεση και η εφαρμογή του στην παραγωγή, τις μεταφορές και άλλους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας προκάλεσε τη βιομηχανική επανάσταση του 18ου αιώνα και άνοιξε νέους ορίζοντες στη ζωή μας.
Η λειτουργία μιας θερμικής μηχανής βασίζεται στη δράση υδρατμών ή άλλων αερίων. Συσκευές που χρησιμοποιούν την ελαστική δράση του αέρα και των υδρατμών ήταν γνωστές στον αρχαίο κόσμο. Τα πιο διάσημα από αυτά σχεδιάστηκαν από αρχαίους Έλληνες εφευρέτες από την πόλη της Αλεξάνδρειας: τον Κτησίβιο, τον Φίλωνα και τον Ήρωνα.
Από τη δεκαετία του '80 του 18ου αιώνα, ο γενικός κινητήρας θερμότητας Watt έχει βρει ευρεία εφαρμογή σε όλους τους τομείς της οικονομίας πολλών χωρών. Για παράδειγμα, στο Ηνωμένο Βασίλειο δημιούργησαν πάνω από 300 τέτοιους κινητήρες για την κλωστοϋφαντουργία, την εξόρυξη, τη μεταλλουργία και τη βιομηχανία τροφίμων. Η ατμομηχανή τόνωσε την ανάπτυξη νέων μηχανών εργασίας και μεταφορών.
Έτσι γεννήθηκε η ατμομηχανή και καθιερώθηκε σε διάφορους τομείς. ΜΕ
Εκείνη την εποχή, η θερμική μηχανή βελτιωνόταν συνεχώς, εντυπωσιακά παραδείγματα της οποίας είναι η ανάπτυξη ατμομηχανών και κινητήρων εσωτερικής καύσης. Αλλά αυτές είναι εντελώς διαφορετικές ιστορίες. Και, παρά το γεγονός ότι από τα τέλη του 19ου αιώνα, σε πολλές περιπτώσεις η ατμομηχανή αντικαταστάθηκε από μια ηλεκτρική μηχανή, έπαιξε ιδιαίτερο ρόλο στην τεχνική πρόοδο της ανθρωπότητας και εκατοντάδες σχέδια εργαστηρίων θερμικών μηχανών του 18ου -Οι 20οί αιώνες αντιπροσωπεύουν παραδείγματα της υψηλής ανόδου της επιστημονικής, τεχνικής και μηχανικής ανθρώπινης ιδιοφυΐας.
43. Τύποι κινητήρων. Προοπτικές για την ανάπτυξη σχεδίων κινητήρων.
Κινητήρας, μοτέρ(από λατ. μοτέροδήγηση) - μια συσκευή που μετατρέπει οποιοδήποτε είδος ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται από τα τέλη του 19ου αιώνα μαζί με τη λέξη «μοτέρ», η οποία από τα μέσα του 20ου αιώνα αναφέρεται συχνότερα σε ηλεκτρικούς κινητήρες και κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICE).
Οι κινητήρες χωρίζονται σε πρωτεύοντες και δευτερεύοντες. Τα πρωτογενή περιλαμβάνουν εκείνα που μετατρέπουν απευθείας τους φυσικούς ενεργειακούς πόρους σε μηχανικό έργο και τα δευτερεύοντα περιλαμβάνουν αυτά που μετατρέπουν την ενέργεια που παράγεται ή συσσωρεύεται από άλλες πηγές.
Τα κύρια μηχανήματα κίνησης (PM) περιλαμβάνουν έναν άνεμο που χρησιμοποιεί αιολική ενέργεια, έναν τροχό νερού και έναν μηχανισμό βάρους - οδηγούνται από τη δύναμη της βαρύτητας (πτώση νερού και δύναμη έλξης), θερμικές μηχανές - στις οποίες η χημική ενέργεια του καυσίμου ή η πυρηνική ενέργεια μετατρέπεται σε άλλα είδη ενέργειας . Οι δευτερεύοντες κινητήρες (SE) περιλαμβάνουν έναν ηλεκτροκινητήρα (ηλεκτρικό κινητήρα), έναν πνευματικό κινητήρα και έναν υδραυλικό κινητήρα (υδραυλικός κινητήρας).
Εμβολοφόροι κινητήρες - ο θάλαμος καύσης είναι ένας κύλινδρος όπου η χημική ενέργεια του καυσίμου μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια, η οποία από την παλινδρομική κίνηση του εμβόλου μετατρέπεται σε περιστροφική χρησιμοποιώντας μηχανισμό στροφάλου. Τα ICE ταξινομούνται: α) Ανά σκοπό - χωρίζονται σε μεταφορικά, σταθερά και ειδικά. β) Ανάλογα με τον τύπο του καυσίμου που χρησιμοποιείται - ελαφρύ υγρό (βενζίνη, αέριο), βαρύ υγρό (καύσιμο ντίζελ). γ) Σύμφωνα με τη μέθοδο σχηματισμού του εύφλεκτου μείγματος - εξωτερικό (καρμπυρατέρ) και εσωτερικό για κινητήρα εσωτερικής καύσης ντίζελ. δ) Σύμφωνα με τη μέθοδο ανάφλεξης, είτε σπινθήρα είτε συμπίεσης. ε) Ανάλογα με τον αριθμό και τη θέση των κυλίνδρων, χωρίζονται σε εν σειρά, οριζόντιους, κατακόρυφους, σχήματος V και αντίθετους.
Τα αποθέματα εσωτερικής ενέργειας στον φλοιό της γης και στους ωκεανούς μπορούν να θεωρηθούν πρακτικά απεριόριστα. Δεν αρκεί όμως η ύπαρξη αποθεμάτων ενέργειας. Είναι απαραίτητο να μπορούμε να χρησιμοποιούμε ενέργεια για να θέσουμε σε κίνηση εργαλειομηχανές σε εργοστάσια και εργοστάσια, οχήματα, τρακτέρ και άλλες μηχανές, να περιστρέφουμε τους ρότορες των γεννητριών ηλεκτρικού ρεύματος κ.λπ. Η ανθρωπότητα χρειάζεται κινητήρες - συσκευές ικανές να κάνουν δουλειά.
Η μη αναστρεψιμότητα των διεργασιών στη φύση επιβάλλει ορισμένους περιορισμούς στη δυνατότητα χρήσης εσωτερικής ενέργειας για την εκτέλεση εργασιών σε θερμικές μηχανές.
Ο ρόλος των θερμικών μηχανών στην ανάπτυξη της θερμικής μηχανικής και των μεταφορών.Οι περισσότεροι από τους κινητήρες στη Γη είναι μηχανές θερμότητας, δηλαδή συσκευές που μετατρέπουν την εσωτερική ενέργεια του καυσίμου σε μηχανική ενέργεια.
Μεγαλύτερη σημασία έχει η χρήση θερμικών μηχανών (κυρίως ισχυρών ατμοστρόβιλων) σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, όπου κινούν τους ρότορες των γεννητριών ηλεκτρικού ρεύματος. Πάνω από το 80% της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα μας παράγεται σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.
Θερμικοί κινητήρες, ατμοστρόβιλοι, εγκαθίστανται επίσης σε όλους τους πυρηνικούς σταθμούς. Σε αυτούς τους σταθμούς, η ενέργεια των ατομικών πυρήνων χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού υψηλής θερμοκρασίας.
Επιπλέον, όλοι οι κύριοι τύποι σύγχρονων μεταφορών χρησιμοποιούν κυρίως θερμικές μηχανές. Στις οδικές μεταφορές χρησιμοποιούνται εμβολοφόροι κινητήρες εσωτερικής καύσης με εξωτερικό σχηματισμό εύφλεκτου μείγματος (κινητήρες καρμπυρατέρ) και κινητήρες με σχηματισμό εύφλεκτου μείγματος απευθείας μέσα στους κυλίνδρους (ντίζελ). Οι ίδιοι κινητήρες τοποθετούνται σε τρακτέρ, που είναι απαραίτητοι στη γεωργία.
Στις σιδηροδρομικές μεταφορές μέχρι τα μέσα του 20ού αι. Η κύρια μηχανή ήταν μια ατμομηχανή. Τώρα χρησιμοποιούν κυρίως μηχανές ντίζελ και ηλεκτρικές ατμομηχανές. Αλλά και οι ηλεκτρικές ατμομηχανές λαμβάνουν τελικά ενέργεια κυρίως από θερμικούς κινητήρες σταθμών παραγωγής ενέργειας.
Οι θαλάσσιες μεταφορές χρησιμοποιούν κινητήρες εσωτερικής καύσης και ισχυρούς ατμοστρόβιλους για μεγάλα πλοία.
Στην αεροπορία, οι κινητήρες με έμβολο εγκαθίστανται σε ελαφρά αεροσκάφη και οι κινητήρες στροβιλοτζετ και αεριωθούμενοι, που ανήκουν επίσης σε θερμικούς κινητήρες, εγκαθίστανται σε τεράστια αεροσκάφη. Οι κινητήρες αεριωθουμένων χρησιμοποιούνται επίσης σε διαστημικούς πυραύλους.
Χωρίς θερμικές μηχανές, ο σύγχρονος πολιτισμός είναι αδιανόητος. Δεν θα είχαμε άφθονη φθηνή ηλεκτρική ενέργεια και θα στερούμασταν κάθε μορφή ταχείας μεταφοράς.
Η κύρια προϋπόθεση για τη λειτουργία των θερμικών μηχανών.Σε όλες τις θερμικές μηχανές, το καύσιμο κατά την καύση αυξάνει τη θερμοκρασία του ρευστού εργασίας κατά εκατοντάδες ή χιλιάδες βαθμούς σε σύγκριση με το περιβάλλον. Σε αυτή την περίπτωση, η πίεση του ρευστού εργασίας αυξάνεται σε σύγκριση με την πίεση του περιβάλλοντος, δηλαδή της ατμόσφαιρας, και το σώμα λειτουργεί λόγω της εσωτερικής του ενέργειας. Το ρευστό λειτουργίας όλων των θερμικών μηχανών είναι αέριο.
Κανένας θερμικός κινητήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει στην ίδια θερμοκρασία του υγρού λειτουργίας του και του περιβάλλοντος. Σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας, δεν συμβαίνουν μακροσκοπικές διεργασίες. συγκεκριμένα, δεν μπορεί να γίνει καμία εργασία.
Ένας θερμικός κινητήρας εκτελεί εργασία χρησιμοποιώντας εσωτερική ενέργεια στη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από θερμότερα σώματα σε ψυχρότερα. Σε αυτή την περίπτωση, η εργασία που εκτελείται είναι πάντα μικρότερη από την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει ο κινητήρας από το ζεστό σώμα (θερμαντήρας). Μέρος της θερμότητας μεταφέρεται σε ένα ψυχρότερο σώμα (ψυγείο).
Ο ρόλος του ψυγείου.Ας μάθουμε γιατί, όταν λειτουργεί ένας θερμικός κινητήρας, μέρος της θερμότητας μεταφέρεται αναπόφευκτα στο ψυγείο.
Κατά την αδιαβατική διαστολή του αερίου σε έναν κύλινδρο (Εικ. 45), η εργασία γίνεται λόγω μείωσης της εσωτερικής ενέργειας χωρίς μεταφορά θερμότητας στο ψυγείο. Σύμφωνα με τον τύπο (4.14). Σε μια ισοθερμική διαδικασία, όλη η θερμότητα που μεταφέρεται στο αέριο αποδεικνύεται ίση με έργο. .
Ωστόσο, τόσο στην πρώτη όσο και στη δεύτερη διεργασία, η εργασία εκτελείται κατά τη διάρκεια μιας απλής διαστολής του αερίου σε πίεση ίση με την εξωτερική πίεση (για παράδειγμα, ατμοσφαιρική πίεση). Ο κινητήρας πρέπει να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό είναι δυνατό μόνο εάν όλα τα μέρη του κινητήρα (έμβολα, βαλβίδες κ.λπ.) κάνουν κινήσεις που επαναλαμβάνονται σε συγκεκριμένα διαστήματα. Ο κινητήρας πρέπει περιοδικά να επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση μετά από έναν κύκλο λειτουργίας. ή ο κινητήρας πρέπει να υποβληθεί σε μια χρονικά αμετάβλητη (στάσιμη) διαδικασία (για παράδειγμα, συνεχής περιστροφή στροβίλου).
Για να επιστρέψει το αέριο στον κύλινδρο στην αρχική του κατάσταση, πρέπει να συμπιεστεί. Για να συμπιεστεί ένα αέριο, πρέπει να γίνει εργασία σε αυτό. Το έργο της συμπίεσης θα είναι μικρότερο από το έργο που κάνει το ίδιο το αέριο κατά τη διαστολή, εάν το αέριο συμπιέζεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία, και επομένως σε χαμηλότερη πίεση, από αυτό που συνέβη κατά τη διαστολή του αερίου. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να ψύξετε το αέριο πριν από τη συμπίεση ή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συμπίεσης, μεταφέροντας μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας στο ψυγείο.
Στους κινητήρες που χρησιμοποιούνται στην πράξη, το αέριο (ή ατμός) που έχει ολοκληρωθεί (καυσαέρια) δεν ψύχεται πριν από την επόμενη συμπίεση, αλλά απελευθερώνεται από τον κινητήρα και ο επόμενος κύκλος λειτουργίας ξεκινά με μια νέα μερίδα αερίου. Τα καυσαέρια έχουν υψηλότερη θερμοκρασία από τα γύρω σώματα και μεταφέρουν κάποια θερμότητα σε αυτά.
Για την περιστροφή ενός ατμοστρόβιλου, θερμός ατμός υπό υψηλή πίεση τροφοδοτείται συνεχώς στα πτερύγια του, ο οποίος, μετά την ολοκλήρωση της εργασίας, ψύχεται και απομακρύνεται από τον στρόβιλο. Καθώς ο ατμός ψύχεται και συμπυκνώνεται, μεταφέρει θερμότητα στα γύρω σώματα.
Σε έναν ατμοστρόβιλο ή μηχάνημα, ο θερμαντήρας είναι ένας λέβητας ατμού και το ψυγείο είναι η ατμόσφαιρα ή ειδικές συσκευές ψύξης και συμπύκνωσης ατμού εξαγωγής - συμπυκνωτών. Στους κινητήρες εσωτερικής καύσης, μια αύξηση της θερμοκρασίας συμβαίνει όταν καίγεται καύσιμο μέσα στον κινητήρα και ο «θερμαντήρας» είναι τα ίδια τα προϊόντα καυτής καύσης. Το ψυγείο χρησιμεύει επίσης ως ατμόσφαιρα στην οποία απελευθερώνονται τα καυσαέρια.
Το σχηματικό διάγραμμα μιας θερμικής μηχανής φαίνεται στο ένθετο χρώματος.Το υγρό λειτουργίας του κινητήρα λαμβάνει μια ποσότητα θερμότητας από τη θερμάστρα, κάνει το έργο Α και μεταφέρει την ποσότητα θερμότητας στο ψυγείο
Μια άλλη διατύπωση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής.Η αδυναμία πλήρους μετατροπής της εσωτερικής ενέργειας σε εργασία σε θερμικές μηχανές που περιοδικά επιστρέφουν στην αρχική τους κατάσταση οφείλεται στη μη αναστρέψιμη διαδικασία στη φύση και αποτελεί τη βάση μιας άλλης διατύπωσης του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής.
Αυτή η διατύπωση ανήκει στον Άγγλο επιστήμονα W. Kelvin: είναι αδύνατο να πραγματοποιηθεί μια τέτοια περιοδική διαδικασία, το μόνο αποτέλεσμα της οποίας θα ήταν η παραγωγή εργασίας λόγω της θερμότητας που λαμβάνεται από μια πηγή.
Και οι δύο διατυπώσεις του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής καθορίζουν αμοιβαία η μία την άλλη. Εάν η θερμότητα μπορούσε να μεταφερθεί αυθόρμητα από το ψυγείο στη θερμάστρα, τότε η εσωτερική ενέργεια θα μπορούσε να μετατραπεί πλήρως σε εργασία χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε θερμική μηχανή.
Προς το παρόν, είναι αδύνατο να ονομαστεί μια ενιαία περιοχή ανθρώπινης παραγωγικής δραστηριότητας όπου δεν χρησιμοποιούνται θερμικές εγκαταστάσεις. Διαστημική τεχνολογία, μεταλλουργία, κατασκευή εργαλειομηχανών, μεταφορές, ενέργεια, γεωργία, χημική βιομηχανία, παραγωγή τροφίμων - αυτός δεν είναι ένας πλήρης κατάλογος των τομέων της εθνικής οικονομίας όπου πρέπει να επιλυθούν επιστημονικά και τεχνικά ζητήματα που σχετίζονται με εγκαταστάσεις θερμότητας.
Σε θερμικές μηχανές και θερμικές εγκαταστάσεις, η θερμότητα μετατρέπεται σε εργασία ή η εργασία σε θερμότητα.
Ο ατμοστρόβιλος είναι μια θερμική μηχανή στην οποία η δυναμική ενέργεια του ατμού μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια και η κινητική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια περιστροφής του ρότορα. Ο ρότορας του στροβίλου συνδέεται απευθείας με τον άξονα της μηχανής εργασίας, ο οποίος μπορεί να είναι μια ηλεκτρική γεννήτρια, μια προπέλα κ.λπ.
Η χρήση θερμικών μηχανών στις σιδηροδρομικές μεταφορές είναι ιδιαίτερα μεγάλη, επειδή Με την έλευση των μηχανών ντίζελ στους σιδηροδρόμους, διευκόλυνε τη μεταφορά του όγκου των εμπορευμάτων και των επιβατών προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι ατμομηχανές ντίζελ εμφανίστηκαν στους σοβιετικούς σιδηροδρόμους πριν από περισσότερο από μισό αιώνα με πρωτοβουλία του V.I. Λένιν. Οι κινητήρες ντίζελ οδηγούν την ατμομηχανή ντίζελ απευθείας και με τη βοήθεια ενός ηλεκτρικού κιβωτίου ταχυτήτων, γεννητριών ηλεκτρικού ρεύματος και ηλεκτροκινητήρων. Στον ίδιο άξονα με κάθε ατμομηχανή ντίζελ υπάρχει μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος. Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από τη γεννήτρια εισέρχεται στους κινητήρες έλξης που βρίσκονται στους άξονες της ατμομηχανής ντίζελ. Μια ατμομηχανή ντίζελ είναι πιο περίπλοκη από μια ηλεκτρική ατμομηχανή και κοστίζει περισσότερο, αλλά δεν απαιτεί δίκτυο επαφής ή υποσταθμούς έλξης. Μια ατμομηχανή ντίζελ μπορεί να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε τοποθετούνται σιδηροδρομικές γραμμές, και αυτό είναι το τεράστιο πλεονέκτημά της. Το ντίζελ είναι ένας οικονομικός κινητήρας· το απόθεμα καυσίμου πετρελαίου σε μια ατμομηχανή ντίζελ είναι αρκετό για ένα μακρύ ταξίδι. Για τη μεταφορά μεγάλων και βαρέων φορτίων κατασκευάστηκαν βαρέα φορτηγά, όπου οι βενζινοκινητήρες αντικαταστάθηκαν από ισχυρότερους κινητήρες ντίζελ. Οι ίδιοι κινητήρες λειτουργούν σε τρακτέρ, σε συνδυασμούς και σε πλοία. Η χρήση αυτών των κινητήρων διευκολύνει πολύ την ανθρώπινη εργασία. Το 1897, ο Γερμανός μηχανικός R. Diesel πρότεινε έναν κινητήρα ανάφλεξης με συμπίεση που θα μπορούσε να λειτουργεί όχι μόνο με βενζίνη, αλλά και με οποιοδήποτε άλλο καύσιμο: κηροζίνη, λάδι. Οι κινητήρες ονομάζονταν και ντίζελ.
Η ιστορία των θερμικών κινητήρων πάει πολύ πίσω. Πάνω από δύο χιλιάδες χρόνια πριν, τον 3ο αιώνα π.Χ. εποχή, ο μεγάλος Έλληνας μηχανικός και μαθηματικός Αρχιμήδης κατασκεύασε ένα πυροβόλο που εκτοξεύονταν με ατμό.
Υπάρχουν εκατοντάδες εκατομμύρια θερμικές μηχανές στον κόσμο σήμερα. Για παράδειγμα, κινητήρες εσωτερικής καύσης εγκαθίστανται σε αυτοκίνητα, πλοία, τρακτέρ, μηχανοκίνητα σκάφη κ.λπ. Η παρατήρηση ότι οι αλλαγές στη θερμοκρασία των σωμάτων συνοδεύονται συνεχώς από αλλαγές στους όγκους τους χρονολογείται από την μακρινή αρχαιότητα, ωστόσο, ο προσδιορισμός του απόλυτου αξία του λόγου αυτών των αλλαγών ανήκει μόνο στη σύγχρονη εποχή. Πριν από την εφεύρεση των θερμομέτρων, τέτοιοι ορισμοί, φυσικά, δεν μπορούσαν να ληφθούν υπόψη, αλλά με την ανάπτυξη της θερμομετρίας, η ακριβής μελέτη αυτής της σύνδεσης έγινε απολύτως απαραίτητη. Επιπλέον, στα τέλη του περασμένου 18ου αιώνα και στις αρχές του τρέχοντος 19ου αιώνα, συσσωρεύτηκαν πολλά διαφορετικά φαινόμενα που οδήγησαν σε προσεκτικές μετρήσεις της διαστολής των σωμάτων από τη θερμότητα. Αυτά ήταν: η ανάγκη διόρθωσης των βαρομετρικών ενδείξεων κατά τον προσδιορισμό των υψομέτρων, ο προσδιορισμός της αστρονομικής διάθλασης, το ζήτημα της ελαστικότητας των αερίων και των ατμών, η σταδιακά αυξανόμενη χρήση μετάλλων για επιστημονικά όργανα και τεχνικούς σκοπούς κ.λπ.
Πρώτα απ 'όλα, φυσικά, στράφηκα στον ορισμό της διαστολής του αέρα, ο οποίος στο μέγεθός του ήταν πιο εντυπωσιακός και φαινόταν πιο εύκολα μετρήσιμος. Πολλοί φυσικοί έλαβαν σύντομα μεγάλο αριθμό αποτελεσμάτων, αλλά μερικά από αυτά ήταν αρκετά αντιφατικά. Ο Amonton, για να ρυθμίσει το κανονικό του θερμόμετρο, μέτρησε τη διαστολή του αέρα όταν θερμάνθηκε από 0° έως 80° R και προσδιόρισε σχετικά με ακρίβεια ότι είναι 0,380 του όγκου του στους 0°. Από την άλλη πλευρά, ο Nuge το 1705, χρησιμοποιώντας μια ελαφρώς τροποποιημένη συσκευή, έλαβε μια φορά έναν αριθμό διπλάσιο και μια άλλη φορά έναν αριθμό ακόμη και 16 φορές μεγαλύτερο. Ο La Hire (1708) έλαβε επίσης 1,5 και ακόμη και 3,5 αντί για τον αριθμό Amonton. Ο Goakesby (1709) βρήκε τον αριθμό 0,455. Kryukius (1720) -- 0,411; Μητρώα -- 0,333; Βόννη -- 0,462; Muschenbreck -- 0,500; Lambert (“Pyrometrie”, σελ. 47) - 0,375; Deluc -- 0,372; I. T. Meyer - 0,3755 και 0,3656; Saussure -- 0,339; Οι Vandermonde, Berthollet και Monge έλαβαν (1786) - 0,4328. Ο Priestley, ο οποίος έλαβε έναν αριθμό 0,9375 που αποκλίνει σημαντικά από τον πραγματικό αριθμό για τη διαστολή του αέρα, υποστήριξε, επιπλέον, ότι οξυγόνο, άζωτο, υδρογόνο, ανθρακικό οξύ, ατμοί νιτρικού, υδροχλωρικού, θειικού, υδροφθορικού οξέος και αμμωνίας - όλα διαφέρουν στην διαστολή τους από τον αέρα. Ο G. G. Schmidt («Green’s Neues Journ.», IV, σελ. 379) έλαβε για τη διαστολή του αέρα τον αριθμό 0,3574, για το οξυγόνο 0,3213, και τέλος, για το υδρογόνο, το ανθρακικό οξύ και το άζωτο 0,4400, 0,43452, 0,43452, τάχθηκε με τη γνώμη του Priestley, αλλά γενικά διαπίστωσε ότι η διαστολή των αερίων δεν είναι απολύτως ανάλογη με την αλλαγή της θερμοκρασίας.
Θεωρητικό υλικό
Από τα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος ήθελε να είναι απαλλαγμένος από τη σωματική προσπάθεια ή να τον διευκολύνει όταν μετακινεί κάτι, να έχει περισσότερη δύναμη και ταχύτητα.
Δημιουργήθηκαν θρύλοι για χαλιά αεροπλάνων, μπότες επτά πρωταθλημάτων και μάγους που μεταφέρουν ένα άτομο σε μακρινές χώρες με το κύμα ενός ραβδιού. Όταν μεταφέρουν βαριά φορτία, οι άνθρωποι εφηύραν καρότσια επειδή είναι πιο εύκολο να κυλήσουν. Στη συνέχεια προσάρμοσαν ζώα - βόδια, ελάφια, σκυλιά και κυρίως άλογα. Έτσι εμφανίστηκαν τα κάρα και οι άμαξες. Στις άμαξες οι άνθρωποι αναζητούσαν άνεση, βελτιώνοντάς τις όλο και περισσότερο.
Η επιθυμία των ανθρώπων να αυξήσουν την ταχύτητα επιτάχυνε επίσης την αλλαγή των γεγονότων στην ιστορία της ανάπτυξης των μεταφορών. Από το ελληνικό "autos" - "self" και το λατινικό "mobilis" - "mobile", το επίθετο "self-propeled", κυριολεκτικά "automobile", σχηματίστηκε στις ευρωπαϊκές γλώσσες.
Εφαρμόστηκε σε ρολόγια, αυτόματες κούκλες, σε κάθε είδους μηχανισμούς, γενικά, σε όλα όσα χρησίμευαν ως ένα είδος προσθήκης στη «συνέχεια», τη «βελτίωση» ενός ατόμου. Τον 18ο αιώνα, προσπάθησαν να αντικαταστήσουν το ανθρώπινο δυναμικό με ατμοκίνητη ενέργεια και εφάρμοσαν τον όρο «αυτοκίνητο» σε αμαξίδια χωρίς τροχιές.
Γιατί η εποχή ενός αυτοκινήτου ξεκινά από τα πρώτα «βενζινοκίνητα αυτοκίνητα» με κινητήρα εσωτερικής καύσης, που εφευρέθηκαν και κατασκευάστηκαν το 1885-1886; Σαν να ξεχνάμε τα πληρώματα ατμού και μπαταρίας (ηλεκτρικά). Γεγονός είναι ότι ο κινητήρας εσωτερικής καύσης έκανε μια πραγματική επανάσταση στην τεχνολογία των μεταφορών. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, αποδείχθηκε ότι ήταν το πιο συνεπές με την ιδέα ενός αυτοκινήτου και ως εκ τούτου διατήρησε την κυρίαρχη θέση του για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το μερίδιο των οχημάτων με κινητήρες εσωτερικής καύσης σήμερα αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 99,9% των παγκόσμιων οδικών μεταφορών.<Приложение 1>
Κύρια μέρη μιας θερμικής μηχανής
Στη σύγχρονη τεχνολογία, η μηχανική ενέργεια λαμβάνεται κυρίως από την εσωτερική ενέργεια του καυσίμου. Οι συσκευές στις οποίες η εσωτερική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ονομάζονται θερμικές μηχανές. Για να εκτελέσετε εργασία με καύση καυσίμου σε μια συσκευή που ονομάζεται θερμάστρα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν κύλινδρο στον οποίο το αέριο θερμαίνεται και διαστέλλεται και κινεί ένα έμβολο.<Приложение 3>Το αέριο του οποίου η διαστολή προκαλεί την κίνηση του εμβόλου ονομάζεται ρευστό εργασίας. Το αέριο διαστέλλεται επειδή η πίεσή του είναι μεγαλύτερη από την εξωτερική πίεση. Αλλά καθώς το αέριο διαστέλλεται, η πίεσή του πέφτει και αργά ή γρήγορα θα γίνει ίση με την εξωτερική πίεση. Τότε η διαστολή του αερίου θα τελειώσει και θα σταματήσει να κάνει δουλειά.
Τι πρέπει να γίνει για να μην σταματήσει η λειτουργία της θερμικής μηχανής; Για να λειτουργεί συνεχώς ο κινητήρας, είναι απαραίτητο το έμβολο, αφού εκτονώσει το αέριο, να επιστρέφει κάθε φορά στην αρχική του θέση, συμπιέζοντας το αέριο στην αρχική του κατάσταση. Η συμπίεση ενός αερίου μπορεί να συμβεί μόνο υπό την επίδραση μιας εξωτερικής δύναμης, η οποία σε αυτή την περίπτωση λειτουργεί (η δύναμη πίεσης αερίου σε αυτήν την περίπτωση λειτουργεί αρνητικά). Μετά από αυτό, οι διαδικασίες διαστολής και συμπίεσης αερίου μπορούν να επαναληφθούν. Αυτό σημαίνει ότι η λειτουργία μιας θερμικής μηχανής πρέπει να αποτελείται από περιοδικά επαναλαμβανόμενες διαδικασίες (κύκλους) διαστολής και συμπίεσης.
Εικόνα 1
Το σχήμα 1 απεικονίζει γραφικά τις διαδικασίες διαστολής αερίου (γραμμή ΑΒ) και συμπίεσης στον αρχικό όγκο (γραμμή CD). Το έργο που εκτελείται από το αέριο κατά τη διαδικασία διαστολής είναι θετικό (AF > 0) και είναι αριθμητικά ίσο με το εμβαδόν του σχήματος ABEF. Η εργασία αερίου που γίνεται κατά τη συμπίεση είναι αρνητική (αφού AF< 0) и численно равна площади фигуры CDEF. Полезная работа за этот цикл численно равна разности площадей под кривыми АВ и CD (закрашена на рисунке).
Η παρουσία θερμαντήρα, υγρού εργασίας και ψυγείου είναι θεμελιωδώς απαραίτητη προϋπόθεση για τη συνεχή κυκλική λειτουργία οποιουδήποτε θερμικού κινητήρα.
Απόδοση θερμικής μηχανής
Το ρευστό εργασίας, λαμβάνοντας μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας Q1 από τη θερμάστρα, δίνει μέρος αυτής της ποσότητας θερμότητας, ίσης με συντελεστή |Q2|, στο ψυγείο. Επομένως, η εργασία που γίνεται δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από A = Q1 -- |Q2|. Η αναλογία αυτής της εργασίας προς την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από το διαστελλόμενο αέριο από τον θερμαντήρα ονομάζεται απόδοση της θερμικής μηχανής:
Η απόδοση μιας θερμικής μηχανής που λειτουργεί σε κλειστό κύκλο είναι πάντα μικρότερη από μία. Το καθήκον της μηχανικής θερμικής ενέργειας είναι να κάνει την απόδοση όσο το δυνατόν υψηλότερη, δηλαδή να χρησιμοποιεί όσο το δυνατόν περισσότερη θερμότητα που λαμβάνεται από τη θερμάστρα για την παραγωγή έργου. Πώς μπορεί να επιτευχθεί αυτό;
Για πρώτη φορά, η πιο τέλεια κυκλική διαδικασία, αποτελούμενη από ισόθερμες και αδιαβάτες, προτάθηκε από τον Γάλλο φυσικό και μηχανικό S. Carnot το 1824.
Κύκλος Carnot.
Ας υποθέσουμε ότι το αέριο βρίσκεται σε έναν κύλινδρο, τα τοιχώματα και το έμβολο του οποίου είναι κατασκευασμένα από θερμομονωτικό υλικό και ο πυθμένας είναι κατασκευασμένος από υλικό με υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Ο όγκος που καταλαμβάνει το αέριο είναι ίσος με V1.
Σχήμα 2
Ας φέρουμε τον κύλινδρο σε επαφή με τη θερμάστρα (Εικόνα 2) και ας αφήσουμε το αέριο να διασταλεί ισοθερμικά και να κάνει δουλειά. Το αέριο δέχεται μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας Q1 από τον θερμαντήρα. Αυτή η διαδικασία αναπαρίσταται γραφικά με μια ισόθερμη (καμπύλη ΑΒ).
Εικόνα 3
Όταν ο όγκος του αερίου γίνει ίσος με μια ορισμένη τιμή V1"< V2, дно цилиндра изолируют от нагревателя, после этого газ расширяется адиабатно до объема V2, соответствующего максимально возможному ходу поршня в цилиндре (адиабата ВС). При этом газ охлаждается до температуры T2 < T1.
Το ψυχρό αέριο μπορεί τώρα να συμπιεστεί ισοθερμικά στη θερμοκρασία Τ2. Για να γίνει αυτό, πρέπει να έρθει σε επαφή με ένα σώμα που έχει την ίδια θερμοκρασία Τ2, δηλαδή με ένα ψυγείο, και το αέριο πρέπει να συμπιεστεί από μια εξωτερική δύναμη. Ωστόσο, σε αυτή τη διαδικασία το αέριο δεν θα επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση - η θερμοκρασία του θα είναι πάντα χαμηλότερη από την Τ1.
Επομένως, η ισοθερμική συμπίεση φέρεται σε έναν ορισμένο ενδιάμεσο όγκο V2">V1 (ισόθερμη CD). Σε αυτήν την περίπτωση, το αέριο εκχωρεί μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας Q2 στο ψυγείο, ίση με το έργο συμπίεσης που εκτελείται σε αυτό. Μετά από αυτό , το αέριο συμπιέζεται αδιαβατικά στον όγκο V1, ενώ η θερμοκρασία του αυξάνεται στο T1 (αδιαβατικό DA) Τώρα το αέριο έχει επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, στην οποία ο όγκος του είναι V1, η θερμοκρασία είναι T1, η πίεση είναι p1 και ο κύκλος μπορεί να είναι επαναλαμβάνεται ξανά.
Έτσι, στο τμήμα ABC το αέριο λειτουργεί (A > 0), και στο τμήμα CDA η εργασία γίνεται στο αέριο (A< 0). На участках ВС и AD работа совершается только за счет изменения внутренней энергии газа. Поскольку изменение внутренней энергии UBC = -UDA, то и работы при адиабатных процессах равны: АВС = -АDA. Следовательно, полная работа, совершаемая за цикл, определяется разностью работ, совершаемых при изотермических процессах (участки АВ и CD). Численно эта работа равна площади фигуры, ограниченной кривой цикла ABCD.
Μόνο ένα μέρος της ποσότητας θερμότητας QT που λαμβάνεται από τη θερμάστρα, ίσο με QT1- |QT2|, μετατρέπεται στην πραγματικότητα σε χρήσιμη εργασία. Έτσι, στον κύκλο Carnot, η χρήσιμη εργασία είναι A = QT1 - |QT2|.
Περιγραφή της παρουσίασης ανά μεμονωμένες διαφάνειες:
1 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Θερμικές μηχανές. Αποδοτικότητα θερμική μηχανή. Ο ρόλος των θερμικών μηχανών στην εθνική οικονομία
2 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Μια θερμική μηχανή είναι μια συσκευή στην οποία η εσωτερική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια. Παραδείγματα θερμικών κινητήρων: Κινητήρας εσωτερικής καύσης (ICE) α) κινητήρας καρμπυρατέρ β) κινητήρας ντίζελ γ) κινητήρας αεριωθούμενου αέρα Ατμοστρόβιλοι και αεριοστρόβιλοι. Τι είναι ένας θερμικός κινητήρας;
3 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Οι πρώτες θερμικές μηχανές Ποιος τις εφηύρε και πότε; Ο Devi Papin είναι Άγγλος φυσικός, ένας από τους εφευρέτες της ατμομηχανής. 1680 – Ανακάλυψε τον ατμολέβητα το 1681. – Εξοπλίστηκε με βαλβίδα ασφαλείας 1690. – Ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε ατμό για να σηκώσει ένα έμβολο και να περιγράψει τον κλειστό θερμοδυναμικό κύκλο μιας ατμομηχανής. 1707 – Παρείχε μια περιγραφή του κινητήρα σας
4 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Ποιος το έχτισε και πότε; Τέλη του 18ου αιώνα - κατασκευάστηκαν οι πρώτες ατμομηχανές. 1774 - Ο Άγγλος εφευρέτης James Watt κατασκεύασε την πρώτη ατμομηχανή γενικής χρήσης. Από το 1775 έως το 1785, η εταιρεία του Watt κατασκεύασε 56 ατμομηχανές. Από το 1785 έως το 1795 – η ίδια εταιρεία έχει ήδη προμηθεύσει 144 τέτοια μηχανήματα.
5 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Το πρώτο ατμοκίνητο αυτοκίνητο 1770 Jean Cugnot - Γάλλος μηχανικός, κατασκεύασε το πρώτο αυτοκινούμενο καρότσι που σχεδιάστηκε για να μετακινεί πυροβολικά
6 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
"Younger Brother" - ατμομηχανή 1803. – Ο Άγγλος εφευρέτης Richard Trevithick σχεδίασε την πρώτη ατμομηχανή. Μετά από 5 χρόνια, ο Trevithick κατασκεύασε μια νέα ατμομηχανή. έφτασε σε ταχύτητες έως και 30 km/h το 1816. – Μη έχοντας καμία υποστήριξη, ο Τρέβιθικ ξέσπασε και έφυγε για τη Νότια Αμερική
7 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Καθοριστικός ρόλος 1781-1848 – Άγγλος σχεδιαστής και εφευρέτης George Stephenson 1814 – Άρχισε να κατασκευάζει ατμομηχανές. 1823 – Ίδρυσε το πρώτο εργοστάσιο ατμομηχανών στον κόσμο το 1829. – Στον διαγωνισμό των καλύτερων ατμομηχανών, η ατμομηχανή «Rocket» του Stephenson κατέλαβε την πρώτη θέση. Η ισχύς του ήταν 13 ίπποι και η ταχύτητά του 47 χλμ./ώρα.
8 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Κινητήρας εσωτερικής καύσης 1860 – Ο Γάλλος μηχανικός Lenoir εφηύρε τον κινητήρα εσωτερικής καύσης το 1878. – Ο Γερμανός εφευρέτης Otto σχεδίασε έναν τετράχρονο κινητήρα εσωτερικής καύσης. 1825 – Ο Γερμανός εφευρέτης Daimler δημιούργησε τον βενζινοκινητήρα εσωτερικής καύσης.Περίπου την ίδια εποχή, ο βενζινοκινητήρας αναπτύχθηκε από τον Kostovich στη Ρωσία.
Διαφάνεια 9
Περιγραφή διαφάνειας:
Κινητήρες ντίζελ 1896 – Ο Γερμανός μηχανικός Rudolf Diesel σχεδίασε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης στον οποίο δεν συμπιέστηκε καύσιμο μείγμα, αλλά αέρας. Αυτοί είναι οι πιο οικονομικοί θερμικοί κινητήρες 1) λειτουργούν με φθηνούς τύπους καυσίμων 2) έχουν απόδοση 31-44% 29 Σεπτεμβρίου 1913. Επιβιβάστηκα σε ένα πλοίο με προορισμό το Λονδίνο. Το επόμενο πρωί δεν βρέθηκε στην καμπίνα. Πιστεύεται ότι αυτοκτόνησε πηδώντας στα νερά της Μάγχης τη νύχτα.
10 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Οι θερμικές μηχανές μπορούν να σχεδιαστούν με διαφορετικούς τρόπους, αλλά σε κάθε θερμική μηχανή πρέπει να υπάρχει μια λειτουργική ουσία ή ένα σώμα που εκτελεί μηχανικές εργασίες στο τμήμα εργασίας της μηχανής, μια θερμάστρα όπου η ουσία εργασίας λαμβάνει ενέργεια και ένα ψυγείο που παίρνει μακριά τη θερμότητα από το ρευστό εργασίας. Η ουσία εργασίας μπορεί να είναι υδρατμός ή αέριο.
11 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
12 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Απόδοση θερμικής μηχανής (μηχανής) Η απόδοση μιας θερμικής μηχανής (απόδοση) είναι ο λόγος της εργασίας που εκτελεί ο κινητήρας προς την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από τη θερμάστρα: Η απόδοση οποιασδήποτε θερμικής μηχανής είναι μικρότερη από μία και εκφράζεται ως ποσοστό. Η αδυναμία μετατροπής ολόκληρης της ποσότητας θερμότητας που λαμβάνεται από τη θερμάστρα σε μηχανική εργασία είναι το τίμημα που πρέπει να πληρωθεί για την ανάγκη οργάνωσης μιας κυκλικής διαδικασίας και προκύπτει από τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο. Τι είναι?
Διαφάνεια 13
Περιγραφή διαφάνειας:
Κύκλος Carnot. Απόδοση μιας ιδανικής θερμικής μηχανής Η υψηλότερη απόδοση σε δεδομένες θερμοκρασίες του θερμαντήρα και του ψυγείου Το Tcol έχει μια θερμική μηχανή όπου το λειτουργικό ρευστό διαστέλλεται και συστέλλεται σύμφωνα με τον κύκλο Carnot, το γράφημα του οποίου αποτελείται από δύο ισόθερμες (2–3 και 4 –1) και δύο adiabats (3–4 και 1–2).
Διαφάνεια 14
Περιγραφή διαφάνειας:
Στις πραγματικές θερμικές μηχανές, η απόδοση καθορίζεται από την πειραματική μηχανική ισχύ N του κινητήρα και την ποσότητα καυσίμου που καίγεται ανά μονάδα χρόνου. Έτσι, εάν κατά τη διάρκεια του χρόνου t καίγεται καύσιμο με μάζα m και ειδική θερμότητα καύσης q, τότε για οχήματα το χαρακτηριστικό αναφοράς είναι συχνά ο όγκος V του καυσίμου που καίγεται κατά μήκος της διαδρομής s με μηχανική ισχύ κινητήρα N και με ταχύτητα. Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνοντας υπόψη την πυκνότητα r του καυσίμου, μπορούμε να γράψουμε τον τύπο για τον υπολογισμό της απόδοσης:
15 διαφάνεια
Διαφάνεια 17
Περιγραφή διαφάνειας:
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα (προϊόν της καύσης σε θερμαντήρες θερμικών μηχανών) στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα επιτρέπει την ορατή και την υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο να περάσει, αλλά απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία από τη Γη στο διάστημα. Αυτό οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας των κατώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας, αυξημένους ανέμους τυφώνων και παγκόσμιο λιώσιμο των πάγων. Άμεση επίδραση των τοξικών καυσαερίων στην άγρια ζωή (καρκινογόνα, αιθαλομίχλη, όξινη βροχή από υποπροϊόντα καύσης). Καταστροφή του στρώματος του όζοντος κατά τις πτήσεις αεροπλάνων και τις εκτοξεύσεις πυραύλων. Το όζον στην ανώτερη ατμόσφαιρα προστατεύει όλη τη ζωή στη Γη από την υπερβολική υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου. Περιβαλλοντικές συνέπειες των θερμικών μηχανών
18 διαφάνεια
Περιγραφή διαφάνειας:
Ένα άτομο σχεδιάζει να αγοράσει ένα αυτοκίνητο για μια περίοδο τριών ετών, αλλά δεν μπορεί να αποφασίσει αν θα αγοράσει ένα αυτοκίνητο με κινητήρα ντίζελ, που κοστίζει 23.000 $ ή ένα αυτοκίνητο με κινητήρα βενζίνης, που κοστίζει 20.000 $. Η ισχύς των αυτοκινήτων είναι ίδια και ίση με 100 kW. Μέσα σε ένα χρόνο, σχεδιάζει να οδηγήσει περίπου 10 χιλιάδες χιλιόμετρα με το αυτοκίνητο. Η μέση ταχύτητα είναι 72 km/h. Ποια επιλογή αγοράς θα είναι πιο κερδοφόρα από οικονομική άποψη; Τιμή ανά λίτρο: καύσιμο ντίζελ 15 ρούβλια, βενζίνη 18 ρούβλια. Πυκνότητα βενζίνης 710 kg/m3 diesel. καύσιμο 820 kg/m3. Η ειδική θερμότητα καύσης είναι αντίστοιχα 156*10^6 J/kg, 127*10^6. J/kg.
Σε φυσητήρες θετικής μετατόπισης
Φυσητήρες όγκου:
έμβολο
περιστροφικός
Διαστολείς εμβόλου
Γοβάκια
Οι αντλίες είναι υδραυλικές μηχανές για την ανύψωση και τη μετακίνηση υγρών.
Λεπίδα (φυγοκεντρική, αξονική, δίνη)
Ογκομετρικό (έμβολο, έμβολο)
Περιστροφικό (γρανάζι, ολίσθηση, βίδα)
Jet (μπεκ και εκτοξευτές).
Στις αντλίες θετικού εκτοπίσματος, η ενέργεια μεταφέρεται μέσω της εξαναγκασμένης δράσης του ρευστού εργασίας στο κινούμενο μέσο και της μετατόπισής του. Στις αντλίες πτερυγίων η μεταμόρφωση της γούνας. Η υδραυλική ενέργεια παράγεται από έναν περιστρεφόμενο τροχό εξοπλισμένο με λεπίδες.
Θαυμαστές
Οι ανεμιστήρες είναι μηχανικές συσκευές που μετακινούν αέρα μέσω αεραγωγών ή τροφοδοτούν ή εξάγουν απευθείας αέρα από ένα δωμάτιο. Η κίνηση του αέρα συμβαίνει λόγω της δημιουργίας διαφοράς πίεσης μεταξύ της εισόδου και της εξόδου του ανεμιστήρα.
Οι ανεμιστήρες χωρίζονται σε τύπους σύμφωνα με διάφορους δείκτες:
Συμπιεστές
Συμπιεστήςονομάζεται μηχανή εμφύσησης που έχει σχεδιαστεί για να συμπιέζει και να παρέχει αέρα ή οποιοδήποτε αέριο υπό πίεση τουλάχιστον 0,2 MPa.
Συμπιεστές θετικού εκτοπίσματοςΛειτουργούν με βάση την αρχή της μετατόπισης, όταν η πίεση του κινούμενου μέσου αυξάνεται ως αποτέλεσμα της συμπίεσης. Αυτά περιλαμβάνουν εμβολοφόρους και περιστροφικούς συμπιεστές.
Δυναμικοί συμπιεστέςεργάζονται με βάση την αρχή της δύναμης που ασκεί το κινούμενο μέσο. Αυτά περιλαμβάνουν πτερύγια (ακτινωτούς, φυγόκεντρους, αξονικούς) φυσητήρες και φυσητήρες τριβής (στροβιλισμός, δίσκος, πίδακας κ.λπ.).
Εχων λόβουςονομάζονται συμπιεστές στους οποίους το μέσο κινείται λόγω της ενέργειας που μεταφέρεται σε αυτό όταν ρέει γύρω από τα πτερύγια της πτερωτής.
Ταξινόμηση θερμικών μηχανών:
Θερμικές μηχανές– πρόκειται για μηχανές στις οποίες η θερμική ενέργεια του περιβάλλοντος εργασίας μετατρέπεται σε μηχανικό έργο.
Θερμικές μηχανές:
Ατμοστρόβιλοι. Ο ατμός που παράγεται στον ατμολέβητα διαστέλλεται και διέρχεται από τα πτερύγια του στροβίλου υπό υψηλή πίεση. Ο στρόβιλος περιστρέφεται και παράγει μηχανική ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται από μια γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Αεριοστρόβιλος, μια μηχανή συνεχούς θερμότητας στην οποία η συσκευή πτερυγίων μετατρέπει την ενέργεια του συμπιεσμένου και θερμαινόμενου αερίου σε μηχανική εργασία στον άξονα. Ο κινητήρας Stirling είναι ένας εξωτερικός κινητήρας. Σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης, το καύσιμο καίγεται μέσα στους κυλίνδρους και η θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται μετατρέπεται σε μηχανικό έργο.
Απόδοση συμπιεστή.
Στην ενέργεια, η απόδοση νοείται συνήθως ως ο λόγος της χρήσιμης ενέργειας που χρησιμοποιείται προς όλη την ενέργεια που δαπανάται. Και όσο υψηλότερο είναι το ποσοστό της ωφέλιμα χρησιμοποιούμενης ενέργειας από τη συνολική ποσότητα που δαπανήθηκε, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση. Στην περίπτωση των μηχανών συμπιεστή, ένας τέτοιος ορισμός της απόδοσης αποδεικνύεται απαράδεκτος.
Επομένως, για να εκτιμηθεί ο βαθμός τελειότητας των πραγματικών μηχανών συμπιεστή, συγκρίνονται με τις ιδανικές. Ταυτόχρονα, εισάγεται ισοθερμική απόδοση για ψυκτικούς συμπιεστές:
ηαπό = liz / ld =Niz / Nd
liz - εργασία στην κίνηση ενός ιδανικού συμπιεστή υπό ισοθερμική συμπίεση,
ld - πραγματική εργασία στην κίνηση ενός πραγματικού ψυχόμενου συμπιεστή,
Niz,Nd - οι αντίστοιχες δυνάμεις των κινητήρων κίνησης.
Πλεονεκτήματα του PSU
· Οι μονάδες συνδυασμένου κύκλου καθιστούν δυνατή την επίτευξη ηλεκτρικής απόδοσης άνω του 50%. Χαμηλό κόστος ανά μονάδα εγκατεστημένης ισχύος
· Οι μονάδες συνδυασμένου κύκλου καταναλώνουν σημαντικά λιγότερο νερό ανά μονάδα παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας σε σύγκριση με τις μονάδες παραγωγής ατμού
· Σύντομος χρόνος κατασκευής (9-12 μήνες)
· Δεν απαιτείται συνεχής προμήθεια καυσίμων με σιδηροδρομικές ή θαλάσσιες μεταφορές
· Οι συμπαγείς διαστάσεις επιτρέπουν την κατασκευή απευθείας στον καταναλωτή (εργοστάσιο ή εντός πόλης), γεγονός που μειώνει το κόστος των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας και της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. ενέργεια
· Πιο φιλικές προς το περιβάλλον σε σύγκριση με τις εγκαταστάσεις ατμοστροβίλων
Μειονεκτήματα του PSU
· Χαμηλή μονάδα ισχύος του εξοπλισμού (160-972,1 MW ανά μονάδα), ενώ οι σύγχρονοι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί έχουν ισχύ μονάδας έως 1200 MW και οι πυρηνικοί σταθμοί έχουν ισχύ μονάδας έως 1200-1600 MW.
· Η ανάγκη φιλτραρίσματος του αέρα που χρησιμοποιείται για την καύση του καυσίμου
Η θέση και ο ρόλος των θερμικών μηχανών στα συστήματα παροχής θερμότητας και ισχύος βιομηχανικών επιχειρήσεων
Οι αντλίες πτερυγίων είναι πιο διαδεδομένες στην εθνική οικονομία. Η πίεση που δημιουργούν μπορεί να ξεπεράσει τα 3500 m και η παροχή - 100.000 m3/h σε μία μονάδα.
Σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, οι φυγόκεντρες αντλίες χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία λεβήτων, την παροχή συμπυκνώματος στο σύστημα αναγέννησης θέρμανσης του νερού τροφοδοσίας, το νερό κυκλοφορίας στους συμπυκνωτές στροβίλου και το νερό δικτύου στα συστήματα θέρμανσης.
Πρόσφατα, λόγω της αύξησης της ισχύος των ατμοστροβίλων, μερικές φορές χρησιμοποιούνται αξονικές αντλίες σε μονάδες συμπύκνωσης.
Οι φυγόκεντρες αντλίες και οι αντλίες εκτόξευσης χρησιμοποιούνται σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς σε συστήματα υδραυλικής απομάκρυνσης τέφρας.
Οι αντλίες εκτόξευσης χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση του αέρα από τους συμπυκνωτές τουρμπίνας ατμού.
Μεταξύ των ογκομετρικών αντλιών στη θερμοηλεκτρική μηχανική, οι αντλίες εμβόλου χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία λεβήτων ατμού με χαμηλή απόδοση ατμού. Οι περιστροφικές αντλίες χρησιμοποιούνται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σε συστήματα λίπανσης και ελέγχου στροβίλων.
Στα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια, χρησιμοποιούνται εμβολοφόροι συμπιεστές για να φυσούν στις θερμαντικές επιφάνειες των λεβήτων, προκειμένου να καθαριστούν από ιπτάμενη τέφρα και αιθάλη και να τροφοδοτήσουν πεπιεσμένο αέρα στα εργαλεία επισκευής πεπιεσμένου αέρα.
5-2. Ταξινόμηση και πεδίο εφαρμογής ανεμιστήρες θετικής μετατόπισης και διαστολείς εμβόλων
Ο υπερσυμπιεστής είναι ένα υδραυλικό μηχάνημα στο οποίο το μηχανικό έργο μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια του περιβάλλοντος εργασίας. Ο κύριος σκοπός του υπερσυμπιεστή είναι να αυξήσει τη συνολική πίεση του μεταφερόμενου μέσου.
Σε φυσητήρες θετικής μετατόπισηςμια αύξηση της ενέργειας του ρευστού εργασίας επιτυγχάνεται με τη δράση της δύναμης των στερεών ρευστών εργασίας.
Φυσητήρες όγκου:
έμβολο- εργασία με τη μεταφραστική κίνηση του σώματος εργασίας,
περιστροφικός- υπερσυμπιεστές που λειτουργούν με περιστροφική κίνηση του σώματος εργασίας.
Ο σκοπός των διαστολέων είναι να μειώσουν όσο το δυνατόν περισσότερο τη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της διαστολής του αερίου κατά την εκτέλεση εξωτερικών εργασιών. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι: οι διαστολείς εμβόλου και τούρμπο. Τα πρώτα χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις χαμηλής χωρητικότητας υψηλής και μέσης πίεσης αέρα. Τα τελευταία χρησιμοποιούνται κυρίως σε μεγάλες εγκαταστάσεις, όπου η διαστολή των αερίων σε αυτές γίνεται κυρίως από χαμηλή πίεση.
Οι διαστολείς εμβόλου λειτουργούν σε υψηλότερες αρχικές θερμοκρασίες αερίου μέχρι τη θερμοκρασία περιβάλλοντος (διαδικασία Heylandt). Οι στροβιλοδιαστολείς, εκτός από την περίοδο εκκίνησης, λειτουργούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Η εργασία που γίνεται από τον διαστολέα χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό επιτρέπει στις εγκαταστάσεις αερίου οξυγόνου να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας για τη συμπίεση του αέρα που εισέρχεται στην εγκατάσταση κατά 3-4%.
Διαστολείς εμβόλου
Οι διαστολείς εμβόλων για εγκαταστάσεις αερίου οξυγόνου έχουν σχεδιαστεί για ψύξη σχετικά μικρών ποσοτήτων αέρα (πολλές εκατοντάδες κυβικά μέτρα ανά ώρα) σε μεγάλους λόγους διαστολής (από 6 έως 30). Η αρχή λειτουργίας των διαστολέων εμβόλου είναι να μεταφέρουν το έργο της διαστολής αερίου σε ο κύλινδρος στον στροφαλοφόρο άξονα της μηχανής μέσω μηχανισμού μπιέλας στροφάλου Οι διαστολείς εμβόλων παράγονται σε κάθετες και οριζόντιες εκδόσεις και ανάλογα με τις αρχικές παραμέτρους αέρα ανήκουν σε μηχανές υψηλής ή μέσης πίεσης.
Η διαδικασία εργασίας στον επέκτασης αποτελείται από έξι διαδικασίες.
Η διαδικασία 1-2 (πλήρωση) πραγματοποιείται με τη βαλβίδα εισαγωγής ανοιχτή
Η διαδικασία 2-3 (διαστολή) συμβαίνει με τις βαλβίδες κλειστές. η ποσότητα του αερίου στον κύλινδρο είναι σταθερή.
Η διαδικασία 3-4 (εξάτμιση) συμβαίνει όταν το έμβολο βρίσκεται στο κάτω νεκρό σημείο. Το διογκωμένο αέριο εξέρχεται μέσω της ανοιχτής βαλβίδας εξαγωγής.
Η διαδικασία 4-5 (ώθηση) συμβαίνει ενώ το έμβολο κινείται από το BDC. Το διογκωμένο και ψυχόμενο αέριο υπό σταθερή πίεση ωθείται έξω από τον κύλινδρο στον αγωγό πίσω από τον διαστολέα, όπου αναμιγνύεται με εκείνο το μέρος του αερίου που απελευθερώθηκε από τον κύλινδρο στη διαδικασία 3-4. Η εκτίναξη τελειώνει στο σημείο 5 όταν κλείνει η βαλβίδα εξαγωγής.
Διαδικασία 5-6 (αντίστροφη συμπίεση). Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το υπόλοιπο αέριο στον κύλινδρο συμπιέζεται καθώς το έμβολο κινείται πίσω προς το TDC. Ταυτόχρονα αυξάνεται η πίεση και η θερμοκρασία του αερίου. Η διαδικασία 6-1 (εισαγωγή) ξεκινά στο σημείο 6 όταν ανοίξει η βαλβίδα εισαγωγής.
Στο Σχ. Το 85 δείχνει διαγράμματα ένδειξης ενός διαστολέα πραγματικής μέσης πίεσης.
α - διάγραμμα πίεσης. β - διάγραμμα θερμοκρασίας
- Σε επαφή με 0
- Google+ 0
- Εντάξει 0
- Facebook 0
