1. Изучить ДВС 2. Изучить паровую турбину 3. Научиться определять КПД теплового двигателя.

Впервые тепловой двигатель был изобретён в конце 17 века Джеймсом Уаттом. Он был сделан из прочного металлического цилиндра и плотно пригнанного поршня, который может двигаться вдоль цилиндра. Существует несколько видов тепловых двигателей : паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Во всех этих двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа ( или пара ). Газ, расширяясь, совершает работу и при этом охлаждается. Часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.

паровая машина реактивный двигатель двигатель внутреннего сгорания паровая турбина

Двигатель внутреннего сгорания – очень распространенный вид теплового двигателя. Топливо в нём сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя. Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе ( бензин, керосин, нефть ) или на горючем газе. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолёты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

Строение ДВС 1. впускной клапан. 2. выпускной клапан. 3. поршень. 4. шатун. 5. коленчатый вал. 6. свеча.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за 4 такта ( хода ) поршня. Поэтому такие двигатели называют четырёхтактными. Один ход поршня совершается за пол - оборота коленчатого вала. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх процессов ( тактов ): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска.

В начале первого такта при повороте вала двигателя поршень движется вниз, объём над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создаётся разрежение. В это время открывается впускной клапан и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а впускной клапан закрывается. Первый такт ДВС Первый такт ДВС

Второй такт ДВС Во втором такте при повороте вала поршень движется вверх и сжимает горючую смесь. В конце второго такта, когда поршень дойдёт до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется ( от электрической искры ) и быстро сгорает.

Третий такт ДВС Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз. Под действием расширяющихся нагретых газов двигатель совершает работу, поэтому этот такт называется рабочим ходом. Движение поршня передаётся шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах.

Четвёртый такт ДВС В конце третьего такта открывается выпускной клапан, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвёртого такта, когда поршень движется вверх. В конце четвёртого такта выпускной клапан закрывается.

Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочерёдно происходит рабочий ход и коленчатый вал всё время получает энергию от одного из поршней, поэтому в автомобилях чаще всего используют четырёхцилиндровые двигатели внутреннего сгорания.

Паровая турбина - это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу. Применяют турбины на тепловых электростанциях и на кораблях.

Паровые турбины работают следующим образом : пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Строение паровой турбины Строение паровой турбины 1. диск 2. вал 3. лопатки 4. сопло

Коэффициент полезного действия теплового двигателя – это отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя определяется по формуле КПД = Ап Q, или КПД = (Q - Q) Q · 100% Понятие КПД введено для характеристики экономичности различных двигателей. КПД двигателя всегда меньше единицы, т. е. меньше 100%. Например, КПД двигателя внутреннего сгорания 20 – 40%, паровых турбин – выше 30%.

Механическая лопата, приводимая в движение мотором мощностью 5 кВт, поднимает 180 тонн песку на высоту 6 м в течение часа. Каков КПД установки ? Дано: Р = 5 кВт. m = 180 т. h = 6 м. t = 1 ч. Найти: КПД - ? Решение: КПД = А полезная А полная А полезная = mgh A полная = Pt КПД = А полезная А полная = mgh Pt КПД = mgh Pt = ·9,8· ·3600 = 0,59 = 59% Ответ : КПД = 59%