2.8.Деякі види теплових двигунів

1. Парова турбіна

Історія промислового застосування теплових двигунів починається з парової машини, яку створив англійський учений Джеймс Ватт у 1768 р. Протягом декількох років Ватт удосконалював її конструкцію. Від 1776 р. машини Ватта почали широко застосовувати в шахтах і на металургійних заводах Англії.

Парова турбіна – це тепловий двигун, у якому пара, нагріта до високої температури, перебуває під високим тиском і обертає його вал.

Принцип дії найпростішої парової турбіни:

Через сопла вилітають струмені пари та спрямовуються на лопаті, закріплені на диску. Диск, у свою чергу, нерухомо закріплений на валу турбіни. Під дією пари диск турбіни, а отже, і вал обертаються, тобто пара виконує роботу.

Парові турбіни є незамінними тепловими двигунами на теплових та атомних електростанціях.

2. Двигун внутрішнього згорання

Перший придатний до використання двотактний газовий двигун внутрішнього згоряння був сконструйований французьким механіком Етьєном Ленуаром у 1860 році.

Проте, винахідником двигуна внутрішнього згоряння часто називають німецького інженера Ніколауса Отто, який у 1862 році розпочав виробництво й продаж двотактних двигунів. У 1866 році Н. Отто та Е. Ланген удосконалили конструкцію двигуна Е. Ленуара, що привело до зростання ККД. Перший повністю успішний газовий двигун був побудований в 1876 році. Він працював по так званому чотирьохтактному циклу Отто, який з тих пір став широко застосовуватися в більшості двигунів внутрішнього згоряння.

Двигун внутрішнього згоряння – це тепловий двигун, в якому хімічна енергія палива, що згоряє в робочій зоні, перетворюється в механічну роботу.

Двигуни внутрішнього згоряння працюють на рідкому паливі (бензині, гасі, нафті) або на горючому газі.

Будова найпростішого двигуна внутрішнього згорання:

Циліндр (1), в якому пересувається поршень (2).

Усередині поршня шарнірно закріплений шатун (3).

Шатун, у свою чергу, з’єднаний із колінчастим валом (4), обертання якого забезпечує обертання тягових коліс транспортного засобу.

У верхній частині циліндра є два канали, закриті клапанами (5).

Через впускний клапан пальна суміш (суміш повітря з бензином або газом) надходить до циліндра.

Через випускний клапан викидаються відпрацьовані гази.

 Свічка (6) — пристрій для запалювання пальної суміші за допомогою електричної іскри.

3. Робота чотиритактного двигуна внутрішнього згорання

I   такт — усмоктування (а). Поршень рухається вниз, у циліндрі падає тиск. У цей час відкривається впускний клапан і пальна суміш усмоктується в циліндр. Наприкінці І такту впускний клапан закривається.

II  такт — стиснення (б). Поршень рухається вгору і стискає пальну суміш. Коли поршень доходить до крайнього верхнього положення, проскакує іскра і пальна суміш займається. Обидва клапани закриті.

III такт — робочий хід (в). Розжарені гази штовхають поршень униз. Рух поршня передається шатуну, який штовхає колінчастий вал і примушує його обертатися, — двигун виконує корисну роботу. Наприкінці III такту відкривається випускний клапан.

IV такт — випускання (г). Поршень рухається вгору і через випускну трубу виштовхує продукти згоряння в атмосферу. Наприкінці IV такту випускний клапан закривається. Випускання відпрацьованих газів супроводжується передачею деякої кількості теплоти довкіллю.

4. Плюси та мінуси використання теплових двигунів

Спочатку учням можна запропонувати навести власні аргументи, які б свідчили переваги та недоліки застосування теплових двигунів, потім ознайомитися з аргументацією наведеною у підручнику на ст. 85 – 86.