МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И
НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
РГП на ПХВ «Кокшетауский
государственный университет им.Ш.Уалиханова»
Семестровые задания
По дисциплине: Основы
теплотехники
На тему: «Исследование
циклов двигателей внутреннего и внешнего
сгорания».
Разработал: студент
группы ТТТ и Тр-52 зк: Калмешов А.Ж.
Проверил: ст.преподаватель Поддубный
А.А.
г. Кокшетау
Тепловым двигателем называется
устройство, способное превращать полученное
количество теплоты в механическую работу.
Механическая работа в тепловых двигателях
производится в процессе расширения некоторого
вещества, которое называется рабочим
телом. В качестве рабочего тела обычно
используются газообразные вещества (пары
бензина, воздух, водяной пар). Рабочее
тело получает (или отдает) тепловую энергию
в процессе теплообмена с телами, имеющими
большой запас внутренней энергии.
История тепловых двигателей
насчитывает не одно столетие, первые
тепловые двигатели не всегда переводили
тепло в движение, но они являлись прародителями
современных двигателей.
Первым устройством для превращения
теплоты в работу могла быть паровая пушка
«Архитронито». Ее название можно перевести
как сильный гром. Описание этого прибора
имеется у Леонардо да Винчи, приписывающего
его Архимеду.
Прообразом теплового двигателя
считается созданный в I в. до н. э. выдающимся
ученым и изобретателем того времени Героном
Александрийским так называемый эолипи.
Этот эолипил представлял собой полый
шар, который можно было
заставить вращаться, разведя под ним
огонь. Для этого в вертикальной плоскости
шар был снабжен двумя выступающими диаметрально
противоположными изогнутыми трубками
и под ним был установлен сосуд, частично
заполненной водой. Когда под сосудом
разводили огонь, вода в нем закипала,
выделявшийся пар поступал во внутреннюю
полость шара по паропроводам и вытекал
из нее по изогнутым трубкам, вызывая вращение
шара.
Паровые машины и
паровые турбины.
О движущей силе пара люди знали с глубокой
древности. Первым устройством
для превращения теплоты в работу могла
быть паровая пушка "Архитронито".
Ее название можно перевести как сильный
гром. Описание этого прибора имеется
у Леонардо да Винчи, приписывающего его
Архимеду. Некоторые специалисты считают,
что речь идет не о подлинном Архимеде
и изобретение относится к более позднему
периоду. Такая пушка вполне могла существовать,
но ее нельзя, конечно, считать двигателем.
Поэтому прообразом теплового двигателя
считается созданный в I в. до н. э. выдающимся
ученым и изобретателем того времени Героном
Александрийским так называемый эолипил
и предназначалось как игрушка.
О том как развивалась история
начина от парового двигателя до паровой
турбины нам расскажет…….
Ученик делает доклад, подготовленный
дома по заданию учителя.
Одним из первых
попытался воспользоваться этой силой
французский физик Дени Папен (1647-1714). Он
пришел к идее пароатмосферного двигателя,
представляющего собой цилиндр с поршнем,
который мог подниматься под давлением
пара и опускаться при его конденсации.
Однако ученый так и не смог создать работоспособное
устройство. УАТТ Джеймс (1736-1819) - английский
изобретатель член Лондонского королевского
общества с 1757 работал механиком в университете
в Глазго, где познакомился со свойствами
водяного пара и пользуясь котлом Д. Папена,
(картинка) в 1765 построил экспериментальную
машину с диаметром цилиндра 16 см, а в 1768
— первую большую паровую машину. К 1784
году создание универсального парового
двигателя было фактически закончено,
и он стал основным средством получения
энергии в промышленном производстве.
Уатт ввёл первую единицу мощности — лошадиную
силу (позднее его именем была названа
другая единица мощности — ватт).
История техники
полна примеров, когда изобретатели разных
стран независимо друг от друга работали
над решением общей задачи. Яркий пример
такого «международного сотрудничества»
– создание паровой турбины.
Первый важный шаг
в разработке нового технического средства,
потеснившего паровую машину, сделал шведский
инженер Карл Густав Патрик Лаваль (1845-1913).
Паровая турбина Лаваля представляет
колесо с лопатками. Струя пара образующегося
в котле, вырывается из трубы(сопла), давит
на лопасти и раскручивает колесо. Экспериментируя
с разными трубками для подачи пара, конструктор
пришел к выводу, что они должны иметь
форму конуса. Так появилось применяемое
до настоящего времени сопло Лаваля.
Следующий шаг в
разработке турбин сделал изобретатель
из Англии Чарльз Алджернон Парсонс (1854
– 1931). Он соединил паровую турбину с генератором
электрической энергии. С помощью турбины
стало возможно вырабатывать электричество,
и это сразу повысило интерес общества
к паровым турбинам.
В алтайской глуши к шестидесятым
годам XVIII в. сформировался замечательный
человек. Изобретатель и конструктор,
технолог и
машиностроитель, строитель пильных мельниц
и рудотолчейно-промывальных предприятий,
знаток руд и строительных материалов,
опытный горняк и металлург, механик и
математик, физик и метеоролог, мастер
тонких опытов и искусник в приборостроении,
педагог и график - таким был этот выдающийся
представитель русской технической мысли.
– Иван Иванович Ползунов. Он поставил
перед собой задачу создать "огненную
машину, способную по воле нашей, что будет
потребно исправлять". В 1765 г. началось
строительство, но вести его пришлось
в полном несоответствии с тем, как хотел
изобретатель. Вместо небольшой опытной
установки пришлось сразу
приступить к сооружению огромной производственной
"машины большого корпуса". Вопреки
необходимости предварительно освоить
новую технику и подготовить людей пришлось
немедленно заняться грандиозным по тому
времени строительством, сооружая машину,
достигавшую высоты 11 метров. Основными
помощниками Ползунова считались юные
ученики, особенно Дмитрий Лезвин и Иван Черницын. На исходе 1765 г. теплосиловая
установка Ползунова была закончена. На
берегу заводского пруда возвышалось
машинное здание высотой более 18 метров.
В условиях феодально-крепостнического
производства паровая машина И. И. Ползунова
не могла, конечно, получить всеобщего
распространения. Однако использование
отдельных машин и, во всяком случае, использование
уже построенной машины было и возможным,
и целесообразным.
представлял собой велосипед
с маленьким одноцилиндровым паровым
двигателем. Блок на двигателе соединялся
с блоком на заднем колесе с помощью гибкого
кожаного ремня.
Неудобство паровых машин привело
к быстрой замене парового котла на двигатель
внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива,
сгорающего в рабочей полости, преобразуется
в механическую работу.
Создавали двигатель внутреннего сгорания
в середине XIX века, когда на транспорте
безраздельно господствовала паровая
машина. В то время улицы освещались газовыми
фонарями. Свойства нового топлива натолкнули
на мысль, что перемещать поршень в цилиндре
может не пар, а газовая смесь.
Первый двигатель, работавший на светильном
газе, изобрел в 1860 году французский механик
Этьен Ленуар (1822-1900).Конструкция имела
все основные черты бедующих автомобильных
двигателей: две свечи зажигания, цилиндр
с поршнем двустороннего действия, двухтактный
рабочий цикл. И все же конструкция Ленуара
была прообразом реального двигателя,
она требовала серьезного усовершенствования.
Коэффициент полезного действия этого
двигателя был всего лишь 4%.
В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил
первый бензиновый карбюраторный двигатель.
В 1897 нем. инженер Р. Дизель, работая над повышением эффективности
двигатель внутреннего сгорания, предложил
двигатель с воспламенением от сжатия.
Усовершенствование этого двигателя внутреннего
сгорания на заводе Л. Нобеля в Петербурге
(ныне «Русский дизель») в 1898—99 позволило
применить в качестве топлива нефть. В
результате этого ста двигатель внутреннего
сгорания становится наиболее экономичным
стационарным тепловым двигателем.
В 1883 году Готлиб Даймлер предлагает
конструкцию двигателя, который работает
и на газе, и на бензине. Переход от газа
на бензин позволил почти в два раза увеличить
мощность двигателя.
В 1901 в США был разработан первый трактор
с двигателем внутреннего сгорания. Дальнейшее
развитие автомобильных позволило братьям
О. и У. Райт построить первый самолёт
с двигателем внутреннего сгорания., начавший
свои полёты в 1903. В том же 1903 русские инженеры
установили двигатели внутреннего сгорания
на судне «Вандал», создав первый теплоход.
В 1924 по проекту Я. М. Гаккеля в Ленинграде
был создан первый, удовлетворяющий практическим
требованиям поездной тепловоз.
Применение двигателя внутреннего
сгорания.
Газотурбинные
двигатели.
Газотурбинный двигатель был
создан в первой половине XX века. Основной
частью двигателя стала газовая турбина.
Воздух в газотурбинных двигателях сжимается
компрессором и подается в камеру сгорания,
в которую вводится жидкое топливо или
горючий газ. На электростанциях газотурбинные
установки используются в пиковое время.
Дело в том что в потребление электроэнергии
в разное время суток очень неравномерно.
Изменить режим работы паровой турбины
нелегко, так как пар аккумулирует большое
количество теплоты и для охлаждения нужно
много времени. Газотурбинные двигатели
легко ввести в работу. Их запускают в
момент, когда потребление резко возрастает.
Наибольшее распространение
газотурбинные двигатели получили
в авиации, в качестве тяговых
двигателей грузовых автомобилей,
кораблей и подводных лодок.
Реактивные
двигатели.
Реактивные двигатели подразделяются
на воздушно-реактивные и ракетные. Воздушно
реактивные двигатели используются для
полетов в плотных слоях атмосферы. Ракетные
двигатели могут работать в безвоздушном
пространстве, то есть в космосе. Поршневые
моторы внутреннего сгорания верой и правдой
служили авиации долгие годы. Росла их
мощность, но настал момент, когда моторы
по габаритам, и по весу сделались просто
не подъемными для крылатых машин. И тогда
на смену им пришли реактивные двигатели.
Подавляющее большинство таких двигателей
обходится без воздушных винтов.
Упрощенная реактивного движения
двигателя выглядит так: турбина(1) вращает
вентилятор (2) , который разгоняет поток
воздуха, поступающего в камеры сгорания
(3). Здесь он смешивается с топливом из
бака (4), смесь сгорает, и образуется смесь
газа, значительно превышающая массу воздуха,
поступившего в двигатель. Вырываясь наружу,
струя горячего газа создает тягу, приводящую
в движение самолет.
Пневматические
двигатели.
Пневматические двигатели представляют
собой поршневую машину, «топливом»
для которой служит сжатый воздух или
углекислый газ. Они работают почти бесшумно,
им не нужны горючие вещества, они не выделяют
вредных выхлопных газов, просты в эксплуатации.
Паровые машины оказались
победителями среди тепловых
машин. Они единственные служат
и сейчас на тепловых и
атомных электростанциях и мощных
судах!
Тепловые двигатели
имеют исключительно важное
значение в жизни человеческого
общества, развитии техники, энергетики
и транспорта. Изобретение паровой
машины имело исключительно большое
значение для перехода к машинному
производству, сделало возможным
изобретение парохода(1807), и паровоза
(1814).Изобретение паровой турбины
позволило резко увеличить мощности
электростанций. В настоящее время
паровая турбина—основной первичный
двигатель на
тепловых и атомных электростанциях.
Тепловые потери в различных
тепловых двигателях приводят к повышению
внутренней энергии окружающих тел и в
конечном счете атмосферы. Сформулируем
первую проблему.