Тепловые машины

Содержание:
Историческая справка.
Тепловые двигатели:
Первый автомобиль
ДВС – двигатель внутреннего сгорания.
Дизель.
Карбюраторный двигатель.
Паровые турбины.
Газовые турбины.
Первые паровозы
Турбореактивный двигатель.
Ракетные двигатели.
Коэффициент полезного действия тепловых машин.
Сади Карно.
КПД идеальной тепловой машины
КПД тепловых двигателей

Первый автомобиль
В 1791 русский изобретатель Иван Кулибин построил повозку-самокатку, приводимую в движение предварительно раскрученным маховым колесом. Этот автомобиль имел тормоз, коробку скоростей, подшипники качения и т.д.
По большому счету, не являлись автомобилями и паровые омнибусы, появившиеся в Англии в XIX в. Будучи слишком тяжелыми, они потребляли огромное количество воды и топлива и требовали тщательной и длительной подготовки к походу.

автомобиль Е. Яковлева и П. Фрезе Создателями первого русского автомобиля считаются Евгений Александрович
Яковлев (1857-1898 гг.) и Петр Александрович Фрезе (1844-1918 гг.): 1 июля 1896 года на Нижегородской промышленно-художественной выставке они представили первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, изготовленный в нашей стране.

Историческая справка
Впервые практически действующие универсальные паровые машины были созданы И.И. Ползуновым (1763 г) и Д. Уаттом (1764 г).
Первый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1860 г. французским инженером Э. Ленуаром.
!862 г. – предложение Боде Роша использовать четырехтактный цикл.
1878 г. – построен первый четырехтактный газовый двигатель внутреннего сгорания.
1889 г. – первая паровая турбина, нашедшая практическое применение изготовлена шведским инженером Г. Лавалем.
1892 г. – создан двигатель Дизеля.
1944 г. – появились самолёты с винтом, насаженным на вал газотурбинного двигателя. Турбовинтовые двигатели имеют: Ил -18, Ан – 22, Ан – 124, «Руслан».
1933г. – создана отечественная жидкостная ракета «ГИРД-09» по проекту М, К. Тихонравова.
1957 г. – запуск первого в мире искусственного спутника Земли.

ДВС – устройство и принцип действия
1 такт
3 такт
2 такт
4 такт

Дизель
1858 – 1913
Рудольф Дизель – выдающийся немецкий инженер-изобретатель.
1898г.

Карбюраторный двигатель
В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель.
В таком двигателе смешивание топлива с воздухом происходит вне цилиндра, в специальном узле обогащения топлива воздухом (карбюраторе)
Примером карбюраторного ДВС может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга".
Рабочий цикл двухтактного карбюраторного ДВС осуществляется за 2 хода.
Квадроцикл "РЫСЬ" 2-х цилиндровый, 2-х тактный карбюраторный двигатель с водяным охлаждением.
ВАЗ-2120 Надежда, двигатель
бензиновый, карбюраторный.

Паровые турбины
Первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена Г. Лавалем в 1889 г.
Её мощность была меньше 4 кВт при частоте вращения 500 об/с.
При создании паровой турбины Лаваль решил две проблемы:
Внутренняя энергия пара в максимальной степени превращалась в кинетическую энергию струи, вырывающейся из сопла.
Кинетическая энергия струи в максимальной степени передавалась лопаткам ротора турбины.
К.П.Д. современных паровых турбин достигает 40%, поэтому электрические генераторы всех тепловых и атомных электростанций приводятся в действие паровыми турбинами.
Паротурбинные двигатели нашли широкое применение на водном транспорте и в авиации.
Паровая турбина установлена на Тюменской ТЭЦ-1

Газовые турбины
Разработка турбин внутреннего сгорания сдерживалась отсутствием материалов, способных длительное время работать при высоких температурах и больших механических нагрузках.
Цикл работы газовой турбины аналогичен циклу поршневого ДВС, но в турбине циклы происходят одновременно в разных участках.
КПД газотурбинных установок достигает 25 -30%.
Турбовинтовые двигатели имеют Ил-18, Ан-22, Ан-124, «Руслан».
Транспортный самолёт
Ан -124 «Руслан»
1- воздушный компрессор
2 – камеры сгорания
3 – газовая турбина
4 – выпускное сопло

Первые паровозы
Имеется ряд изобретений, которые определили ход истории, они становились символами эпохи. Таким изобретением можно назвать паровоз. Мечту о самоходной повозке вынашивали многие мыслители и изобретатели. Но мыслимым это стало после изобретения парового двигателя. Однозначно определить изобретателя трудно, т.к. конструкция вынашивалась и совершенствовалась долгие годы многими конструкторами. Так же трудно ответить на вопрос, кто изобрел паровоз.
Паровозом называется паровая машина, поставленная на тележку, движущаяся вместе с ней и служащая для перемещения пассажиров или грузов. Первый прибор для передвижения паром был изобретен французским инженером Жозефом Кюньо, представившим в 1769 г. проект повозки, "движимой действием водяного пара, образуемого огнем". Повозка эта была деревянная, на трех деревянных колесах — одно впереди и два позади; она была снабжена небольшим паровым котлом и машиной с вертикальным паровым цилиндром, вращающей переднее колесо, снабженное зубцами. Первые опыты производились на улицах Парижа в 1770 везти поезд с грузом в 600 пуд., со скоростью 7,5 . в час. Паровоз состоял из горизонтального парового котла на 4-х колесах, с горизонтальным паровым цилиндром, помещенным спереди и г., но оказались весьма неудачными. В 1802 г., в Англии, Тревитик и Вивиан патентовали паровоз., модель которого хранится в музее; в 1804 г. ими был построен настоящий паровоз, который мог скрытым внутри котла; движение колесам паровоза передавалось от машины при помощи зубчатых колес.

В 1829 г. компания Ливерпуль-Манчестерской жел. дороги объявила конкурс на станции в Рэнгилле , с премией около 3150 руб. золотом за наилучший паровоз. На это знаменитое состязание были представлены 5 экземпляров, но из них испытанию подверглись только три, а именно: "Ракета" Стефенсона;
"Новость" Бретвета и Эриксона и "Несравненный" Гакворта. Премия была присуждена Стефенсону. Рэнгилльское состязание
имело решающее значение, так как вполне убедило всех в несомненных преимуществах употребления П. для скорого передвижения грузов и пассажиров по рельсовому пути. Блестящий успех "Ракеты" был обеспечен одновременным соединением в нем трех условий, существенно необходимых для достижения удачных результатов: 1) Принципа сцепления гладких колес с гладкими же рельсами, без зубцов на тех и других, казавшихся прежде неизбежными. 2) Выпуска отработавшего в цилиндре пара в дымовую трубу паровоза, для усиления в ней тяги воздуха, способствующей усиленному и более полному горению угля в паровозной топке. 3) Применения трубчатого котла, изобретенного Сегеном во Франции и почти одновременно с ним Бутом в Англии. Сеген состоявший инженером и директором Сент-Этьенской железной дор., взял привилегию на трубчатый котел в конце 1827 г.
В России первый паровоз был построен на Нижнетагильских горных заводах Демидовых. Сын известного механика этих заводов, Ефима Черепанова, после совершенной им в 1833 г. поездки в Англию, построил в том же году, при содействии отца, первый небольшой "сухопутный пароход", возивший более 200 пуд. груза со скоростью 12—15 в. в час, по нарочно проложенным, на длине 400 саж., "чугунным колесопроводам" (рельсам). В 1835 г. Черепановы, отец и сын, построили другой подобный "пароход", больших размеров, возивший до 1000 пуд.

Турбореактивный двигатель
Газовая турбина может быть использована как реактивный двигатель.
Её реактивная сила тяги может быть использована для движения самолёта, теплохода или железнодорожного состава.
Основное отличие – газовая турбина используется только для приведения в действие воздушного компрессора.
Турбореактивными двигателями оборудованы: Ил-62, Ту-154, Ил-86.
Авиационный турбореактивный двигатель Д-36
предназначен для установки на самолеты Як-42,
Ан-72, Ан-74 и экранопланы "Комета-2" и "Вихрь-2".
Двигатель прошел стендовые испытания в 1971 г.
С 1981 г. эксплуатируется в ГА

Ракетные двигатели
Реактивные двигатели, не использующие для своей работы окружающую среду, называют ракетными двигателями.
Выход струи газа через сопло приводит к возникновению реактивной силы.
Мощность первой ступени ракеты-носителя «Восток» с ЖРД достигала 15 ГВт.
В 1987 г. прошла успешные испытания универсальная ракета-носитель «Энергия», способная выводить на орбиту более 100 т полезного груза.
Многоразовый ракетно-космический комплекс «Энергия-Буран»
Старт ракеты-носителя «Союз»

Сади Карно
1796 - 1832
С. Карно – военный инженер.
Работа Карно «Размышления о движущей силе огня».
Работа Карно явилась началом термодинамики, а предложенный им общий метод решения задачи – термодинамическим методом, широко используемым в современной физике.
Карно пришел к выводу, что к.п.д. идеальной тепловой машины не зависит от рабочего вещества, а определяется лишь температурой нагревателя и холодильника.

КПД идеальной тепловой машины
Впервые наиболее совершенный циклический процесс, состоящий из изотерм и адиабат, был предложен французским физиком и инженером С. Карно в 1824 г.
Цикл Карно – самый эффективный цикл, имеющий максимальный КПД.
Для повышения КПД двигателя нужно повышать температуру нагревателя и понижать температуру холодильника.