Тепловые двигатели

Страница 1

Первое описание принципиального устройства поршневой машины было опубликовано в трудах Парижской академии наук в 1680 г. Автор идеи - голландский физик Христиан Гюйгенс. В предложенной им конструкции машины поршень поднимался в цилиндре вверх за счет взрыва пороха под ним. Обратный (рабочий) ход поршень совершал под действием атмосферного давления и собственной силы тяжести. Для возможности движения поршня вниз продукты сгорания под ним следовало охладить. Поэтому процесс движения протекал очень медленно. Такая поршневая машина стала называться «атмосферный поршневой двигатель».

Реализация идеи даже в виде модели в то время встретила серьезные затруднения, прежде всего, из-за отсутствия технологии внутренней расточки металлического цилиндра. Как следствие, Гюйгенсу не удалось обеспечить его правильной геометрической формы и плотного прилегания поршня к стенкам, т.е. герметичность рабочего пространства. После первых испытаний модели работа над ней была прекращена.

Однако, несмотря на отсутствие положительного результата, работа X. Гюйгенса должна быть отмеченной - в публикации о ней впервые была описана схема принципиального устройства поршневой машины со всеми ее атрибутами (цилиндр, поршень и клапаны), которые присутствуют и ныне в конструкции современных поршневых тепловых двигателей.

Ученик Гюйгенса, французский физик Дени Папен, изучавший в Англии вместе с Робертом Бойлем свойства водяного пара, в 1690 г. попытался сделать поршневой двигатель паровым. Поместив в цилиндре под поршнем вместо пороха какое-то количество воды, он разводил под днищем цилиндра огонь. Образовавшийся пар поднимал поршень вверх, после чего огонь следовало убрать, а цилиндр, как в машине Гюйгенса, охладить. Рабочий ход вниз должен был также происходить под действием атмосферного давления.

Однако очень медленный ход поршня (Папен пытался сделать стенки цилиндра, кроме днища, деревянными, типа бочки) и необходимость попеременного перемещения огня под днищем цилиндра делали этот проект тоже практически неосуществимым. Позднее Папен опубликовал брошюру, в которой указал на необходимость охлаждения пространства под поршнем до конденсации пара и, таким образом, представил замкнутый цикл работы воды и пара в паросиловой энергетической установке (испарение воды - расширение пара - конденсация пара и т.д.).

При плавке металлов в XVII в. использовалась теплота сгорания древесного угля. Развитие металлургии приводило, таким образом, к вырубке и опустошению лесов, в особенности в Англии с ее ограниченной территорией. Поэтому началась интенсивная добыча каменного угля. Его запасы в Англии были велики, но уголь находился на глубине, под водоносными слоями. Насосы, приводимые в движение лошадьми, число которых в отдельных шахтах доходило до 500, не могли справиться с откачиванием потоков воды в шахтах, которые между тем становились все глубже (в 1700 г. средняя глубина шахты составляла 120м, в 1750 г. дошла до 180 м).

Таким образом, к созданию теплового двигателя приводила острая необходимость обеспечения привода для насосов, откачивающих воду в горной промышленности. Томас Севери, владелец шахты в Англии, в 1698 г. получил патент на паровой насос для откачивания воды. Это был беспоршневой двухклапанный двигатель, который работал циклически. Установка состояла из парового котла с топкой и отдельного резервуара, игравшего роль вакуумного насоса.

Вакуум создавался в резервуаре, заполненном паром, вследствие его наружного охлаждения и конденсации пара. Тогда под действием атмосферного давления в резервуар по вертикальной трубе засасывалась вода из шахты. Установка действовала, но насос поднимал воду лишь на небольшую высоту. На работу этой установки затрачивалось очень много топлива, так как тепловая энергия пара при его конденсации терялась безвозвратно.

Как известно из школьного курса физики, коэффициентом полезного действия (кпд) узла или машины называется отношение полезной работы (энергии) к затраченной. Так что кпд насосной установки Севери оценивался несколькими десятыми долями процента. Но других средств не было и поэтому они (в 1702 г. Севери назвал свою машину «Друг рудокопа") стали распространяться в угледобывающей промышленности. Это была еще не паровая машина, а термомеханический насос, который работал циклически, но непрерывно.

Томас Ньюкомен - кузнец, изобретатель - в 1712 г. усо­вершенствовал идею Севери, отделив насос от собственно двигателя. Его система состояла из парового котла, парового цилиндра с поршнем (аналогичного машине Папена), который через рычажную передачу приводил в движение поршневой водяной насос. Первые два элемента системы уже представляли стационарную энергетическую установку: тепловой генератор (паровой котел) и тепловой двигатель, который работал по принципу пароатмосферной машины, поршень которой совершал один ход-вверх, под действием давления пара, авто-рой рабочий код - вниз, под действием атмосферного давления после конденсации пара в цилиндре.

Страницы: 1 2

Еще по теме:

Калькуляция стоимости одного километра усиленного капитального ремонта пути
Результаты расчетов пунктов 4.1. – 4.3. свожу в таблицу 15. Таблица 15. Калькуляция стоимости одного километра усиленного капитального ремонта пути № п/п Наименование затрат Единица измерения Количество Цена за измеритель Сумма 1 Прямые затраты 1.1 Фонд оплаты труда чел.-час 1918,87 1.2 Фонд оплаты ...

Дополнительные приемо-отправочные пути
Дополнительные приемо-отправочные пути устанавливаются в соответствии с рядом определенных требований. В данной курсовой работе присутствуют следующие: – к станции примыкает подъездной путь (устанавливается 1 дополнительный приемо-отправочный путь); – на станции сконцентрирована грузовая работа уча ...

Тяговая и динамическая характеристики машины и их анализ
Тяговая характеристика представляет собой графическую зависимость Pa–f(v) на различных передачах и является основным документом, характеризующим тягово-динамические качества машины. Расчет тяговой характеристики производится в следующем порядке. Тяговая характеристика ...


Навигация

Copyright © 2019 - All Rights Reserved - www.transpexplore.ru