Двигуни

Двигу́н - енергосилова машина, що перетворює яку-небудь енергію в механічну роботу. Двигуни ділять на первинні і вторинні. Первинні двигуни (гідротурбіни, двигун внутрішнього згоряння та інші) безпосередньо перетворюють енергію природних ресурсів (води, ядерного палива ) у механічну, електричну і т.п. енергію. Вторинні двигуни (наприклад, електричні) одержують енергію від первинних двигунів, перетворювачів чи нагромаджувачів енергії (наприклад сонячних батарей, пружинних механізмів ...) Первинні двигуни Вторинні двигуни

Колись, чотири-п'ять тисяч років назад, люди знали тільки один двигун – власні м'язи. Потім навчилися використовувати мускульну силу тварин – биків, коней, верблюдів та ін. Ще пізніше з'явилися перші, дуже примітивні механічні двигуни – водяні і вітряні колеса. Сьогодні на землі працюють мільйони двигунів – водяних і вітряних, парових і газових, електричних і повітряних. Ми називаємо їх загальним словом «двигуни» тому, що всі ці машини перетворюють різні види енергії в механічний рух. Водяні двигуни, найповажніші за віком, справно служать на гідроелектростанціях. Звичайно, вони і по вигляду, і по потужності аніскільки не схожі на стародавні водяні колеса. Сьогодні гідротурбіни – наймогутніші двигуни в світі. Падаюча вода обертає величезні сталеві колеса з лопатями, насаджені на масивний вал. І якщо до цього ж валу приєднати генератор, наша гідроелектростанція почне виробляти електричний струм.

Той же принцип дії і у вітряних двигунів, тільки колесо з лопатями обертає не вода, а вітер. За допомогою вітродвигунів можна приводити в дію насоси, що викачують воду з глибоких колодязів, а можна отримувати електричний струм – для цього вал потрібно з'єднати з генератором. Але вітер дме з різною силою в різний час, а то і зовсім стихає. Тому на ветроелектростанциях (ВЕС) ставлять накопичувачі енергії. Наприклад, високо розташовані резервуари з водою. Поки є вітер частина енергії ВЕС примушує працювати насос, що піднімає воду на велику висоту. Але вітер впав – і вода починає зливатися з резервуару. По дорозі вона обертає турбіну і сполучений з нею генератор. У інших випадках об'єднують в одну ВЕС декілька вітряних коліс, які працюють далеко одне від одного. І якщо вітер є в районі хоч би одного з коліс, станція не перестає подавати енергію.

Оберіть цікаву вам тему: Тепловий двигун Реактивний двигун Двигуни внутрішнього згорання Паровий двигун Електричний двигун Вітрогенератор Вічний двигун Приклади застосування

Двигуни внутрішнього згорання Дизельний двигун Бензиновий двигун

Тепловий двигун Тепловий двигун — машина для перетворення теплової енергії в механічну роботу. Тепловий двигуні є посередником між нагрівачем і холодильником. Основним елементом теплового двигуна є робоча речовина. Робоча речовина отримує тепло від нагрівача, переходить до холодильника і віддає там частину цього тепла. Охолоджена робоча речовина повертається до нагрівача, і так починається наступний цикл. В залежності від того в яких умовах відбувається отримання і передача тепла виділяють різні робочі цикли теплових двигунів. Вводять поняття коефіцієнта корисної дії (ККД) — частка теплової енергії перетворена у енергію механічну.

Можуть бути різні механізми перетворення теплової енергії у енергію механічну. Виділяють поршневі, турбінні двигуни. У поршневому двигуні відбувається розширення газу, що тисне на поршень, змушуючи його переміщатися. У турбодвигуні розширення газу діє на лопатки колеса турбіни, спричиняючи його обертання. Прикладами поршневих двигунів є парові машини і двигуни внутрішнього згорання (карбюраторні і дизельні). Турбіни двигунів бувають газові (наприклад, в авіаційних турбореактивних двигунах) і парові.

Реактивний двигун Реактивний двигун — двигун, що створює тягу (реактивну) внаслідок швидкого витікання робочого тіла із сопла, найчастіше робочим тілом є гарячі гази, що утворюються внаслідок спалювання палива у камерах згоряння. Бувають турбореактивні, пульсуючі (безкомпресорні), прямоточні (ефективно працюють тільки при надзвукових швидкостях) та ракетні двигуни. Схема реактивного авіадвигуна: 1) Впуск повітря 2) Знижений тиск компресії 3) Підвищений тиск компресії 4) Горіння 5) Вихлоп 6) Гарячий тракт 7) Турбіна 8) Камера згорання 9) Холодний тракт 10) Повітрязабірник

Двигун внутрішнього згорання Двигун внутрішнього згорання - це тип двигуна, теплова машина, в якій хімічна енергія палива (звичайно застосовується рідке або газоподібне вуглеводневе паливо), що згоряє в робочій зоні, перетвориться в механічну роботу. Одним із найпоширеніших видів теплової машини є двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), який нині широко використовується в різних транспортних засобах, зокрема в автомобілях. Розглянемо принцип дії чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння (мал. 1). Основним його елементом є циліндр із поршнем, усередині якого відбувається згоряння палива (звідси походить назва двигуна). Як правило, їх кілька. Тому кажуть про дво-, чотири- чи восьмициліндрові двигуни.

Циліндр має два отвори з клапанами — впускним і випускним. Робота ДВЗ ґрунтується на чотирьох послідовних процесах — тактах, які весь час повторюються. Перший такт — це впуск пальної суміші, що здійснюється через впускний клапан, коли поршень рухається вниз. Після того, як поршень досягне нижньої точки, всмоктування палива припиняється і обидва клапани закриваються. Під час другого такту, коли поршень рухається вгору, відбувається стискання суміші, внаслідок чого її температура підвищується. У верхній точці поршня суміш запалюється електричною іскрою від свічки. Вона миттєво спалахує, через значне нагрівання розширюється й тисне на поршень. Сила тиску штовхає поршень донизу, відбувається третій такт — робочий хід, під час якого виконується робота.

За допомогою шатунного механізму рух поршня передається колінчатому валу, який з'єднано з колесами автомобіля. Виконуючи роботу, суміш розширюється й одночасно охолоджується. Після проходження поршнем нижньої точки відкривається випускний клапан і під час руху поршня вгору відбувається четвертий такт — випуск відпрацьованих газів. Таким чином, робочий цикл чотиритактного двигуна завершується, і згодом все починається з першого такту. Оскільки з чотирьох тактів ДВЗ лише один — робочий, двигун має інерційний механізм — маховик. Він запасає енергію, за рахунок якої колінчастий вал обертається під час виконання решти тактів.

Робота двигуна внутрішнього згорання

Дизельний двигун Дизельний двигун, двигун внутрішнього згорання, у якому використовується легке нафтове паливо. Це поршневий двигун типу бензинового, але тільки повітря (а не паливо-повітряна суміш) заходить у циліндр при першому такті поршня. Поршень піднімається і стискає повітря до дуже високої температури. У цей момент насос вприскує паливо, і через високу температуру повітря, воно загорається. Поки воно горить, поршень опускається вниз (робочий хід). Двигун економічний, названий іменем свого винахідника, Рудольфа Дизеля. Цикл роботи ДВЗ складається з процесів стиску, згорання, розширення, випуску відпрацьованих газів. У теоретичних циклах приймається, що впуск паливної суміші відбувається моментально, що відповідає точці початку стиску. DM 12 — Стаціонарний одноциліндровий двигун Дизеля

Бензиновий двигун Бензиновий двигун, найбільше часто використовуване джерело енергії в транспортних засобах, створений Ніколаусом Отто (запатентований в 1876), був використаний німецькими інженерами Готлібом Даймлером і Карлом Бенцом в автомобілі у 1886. Бензиновий двигун - це складний механічний пристрій, що складається приблизно з 150 рухомих частин. Має один чи декілька поршнів, що рухаються усередині циліндрів. Поршні приводять в рух колінчатий вал, на кінцях якого знаходяться важкі крильчатки, з яких рух передається до ведучих коліс автомобіля через систему трансмісії, яка складається зі зчеплення, коробки передач і приводу.

Паровий двигун Парова машина — тепловий поршневий двигун, в якому потенційна енергія водяної пари, що поступає з парового казана, перетворюється в механічну роботу зворотно-поступального руху поршня або обертального руху валу. Парова машина була винайдена в XVIII столітті, коли основний недолік гідросилових установок (залежність від місцевих умов), що мало позначався при обертанні жорен зернових млинів, почав сильно перешкоджати розвитку металургійних підприємств, головним чином через неможливість застосувати водяні колеса для відкачування води з копалень, віддалених від джерел водної енергії.

Можливість перевезення палива зробила тепловий двигун незалежним від місце розташування джерела енергії і дозволила вирішувати задачу копальневого водовідливу, внаслідок чого на копальнях з'явилися теплосилові установки. Вирішуючи задачу водопідйому, винахідники (Д. Папен у Франції, Т. Ньюкомен і Т. Севері в Англії і ін.) поступово знайшли конструктивні форми для здійснення безперервного робочого процесу парової машини: окремий паровий казан, циліндр, топковий пристрій, крани і ін. Проте це все ще були насосні установки, які могли направляти роботу циклу тільки на підйом води і були не в змозі задовольнити потреби в двигунах для заводських машин (повітродувного хутра, рудо-дробильних товкачів, ковальських молотів, лісопильних рам і ін.).

Так виник перехідний період (1700—1780) в енергетиці, коли водяне колесо почало обмежувати розвиток техніки унаслідок залежності від місцезнаходження джерела водної енергії; паровий двигун, хоча і був вільний від місцевих умов, був освоєний тільки для підйому води. Потреби заводів привели до створення комбінованих установок, в яких паровий насос піднімав воду на водяне колесо, що приводило в рух заводські машини. Такі установки не вирішували завдання щодо заводського двигуна, оскільки втрачали в своїй гідравлічній частці понад 2/3 роботи, що отримується від парового циклу. Завдання могло бути вирішене тільки шляхом заміни гідравлічної передачі роботи механічною, дослідженням передавального механізму, здатного віддавати паровим циклом роботу періодично передавати споживачеві безперервно, в будь-якій необхідній формі руху.

Простий передавальний механізм у формі балансира проіснував ціле століття, оскільки дозволив при низькому тиску пари піднімати воду на велику висоту за рахунок різниці площ перетину парового і водяних циліндрів, але не вирішував головного завдання заводського двигуна — здатності віддавати роботу безперервно. Застосування двох циліндрів з послідовною віддачею роботи їх порожнин на загальний вал було вперше запропоноване І. І. Ползуновим в 1763, проте із-за смерті винахідника проект не був завершений, і машина була розібрана після декількох пробних пусків.

Робота поршня 1 за допомогою штока 2, повзуна 3, шатуна 4 і кривошипа 5 передається головному валу 6, що несе маховик 7, який служить для зниження нерівномірності обертання валу. Ексцентрик, що сидить на головному валу, за допомогою ексцентрикової тяги приводить в рух золотник 8, керівник впусканням пари в порожнині циліндра. Пара з циліндра випускається в атмосферу або поступає в конденсатор. Для підтримки постійного числа оборотів валу при навантаженні, що змінюється, парові машини забезпечуються відцентровим регулювальником 9, що автоматично змінює перетин проходу пари, що поступає в парову машину (дросельне регулювання, показано на рисунку), або момент відсічення наповнення (кількісне регулювання).

Поршень утворює в циліндрі парової машини одну або дві порожнини змінного об'єму, в яких здійснюються процеси стискування і розширення.

Електричний двигун Електродвигун — електрична машина, двигун, що перетворює електричну енергію на механічну. Складається з обертової частини (ротора) та нерухомої (статора). Розрізняють електродвигуни постійного та змінного струму. Останні поділяють на синхронні та асинхронні. Потужність електродвигунів складає від десятих часток Вт до десятків МВт. Електродвигун — основний вид двигуна в промисловості, на транспорті і у побуті. Електродвигун є частиною електропривода транспортних (підіймально-транспортних) засобів, зокрема конвеєрів, шахтних підіймальних установок і т.п.

Теплова потужність електродвигуна – найбільша корисна потужність (кВт), яку електродвигун здатний віддавати при обумовленому режимі роботи без перегріву обмотки вище норми, що допускаються класом нагрівостійкості електроізоляції. Розрізнюють такі номінальні режими роботи: тривалий S1, короткочасний S2, повторно-короткочасний S3 і повторно-короткочасний з частими пусками S4. Для багатьох видів гірничого обладнання застосовують асинхронні електродвигуни з короткозамкнутим ротором, які функціонують у режимах, близьких до S1 і S4. Номінальний тривалий режим S1 – це режим, при якому тривалість роботи двигуна при незмінному зовнішньому навантаженні достатня для досягнення температурою нагріву ізоляції обмотки статора сталого значення.

Номінальний тривалий режим S1 – це режим, при якому тривалість роботи двигуна при незмінному зовнішньому навантаженні достатня для досягнення температурою нагріву ізоляції обмотки статора сталого значення. Номінальний повторно-короткочасний режим з частими пусками – це режим, коли короткочасні робочі включення чергуються з періодами відключення електродвигуна. При цьому періоди навантаження двигуна зовнішнім навантаженням і його відключення недостатньо тривалі, щоб температура могла досягнути як сталого значення, так і температури навколишнього середовища.

Вітрогенератор Вітрогенератор (вітрова турбіна) — пристрій для перетворення кінетичної енергії вітру на електричну. Вітрогенератори можна умовно поділити на дві категорії: промислові та домашні (для приватного використання). Промислові встановлюються державними органами або великими енергетичними компаніями. Як правило, їх об'єднують у мережу. У результаті — справжня електростанція. Її основна відмінність від традиційних (теплових, атомних) — повна відсутність сировини та відходів. Єдина основна вимога — високий середньорічний рівень вітру. Потужність сучасних промислових вітрогенераторів досягає 6 мВт.

Будова промислової вітряної установки Фундамент, Силова шафа, що включає силові контактори й ланцюги керування, Вежа, Сходи, Поворотний механізм, Гондола, Електричний генератор, Система спостереження за напрямком і швидкістю вітру (анемометр), Гальмова система, Трансмісія, Лопаті, Система зміни куту атаки, Ковпак ротора, Система пожежогасіння, Телекомунікаційна система для передачі даних про роботу вітрогенератора, Система захисту від блискавки.

Існують два основних типи турбін: із вертикальною віссю обертання та з горизонтальною. Вертикальновісьові турбіни працюють при низьких швидкостях вітру, але мають низьку ефективність. Тому вертикальновісьові турбіни зустрічаються досить рідко і використовуються, як правило, у домашніх системах. Індустрія домашніх вітряків активно розвивається. Вже зараз за досить невеликі кошти можна придбати вітряну установку й забезпечити енергонезалежність свого заміського будинку на довгі роки. Як правило, для невеликого котеджу достатньо вітряка номінальною потужністю 1 кВт, при швидкості вітру 9 м/с. Якщо місцевість не вітряна, його можна доповнити сонячними батареями. Джерела енергії будуть чудово доповнювати одне одного.

Вічний двигун Вічний двигун (perpetuum mobile) - ідеальний двигун, задуманий так, що, будучи запущеним один раз, буде працювати постійно і не вимагатиме додаткового надходження енергії. Подібний пристрій вступає в протиріччя з двома законами термодинаміки: У результаті всім реальним двигунам потрібне постійне постачання енергією, і жодна теплова машина не може перетворювати все тепло в корисну роботу. енергія не може бути ні створена, ні зруйнована (закон збереження енергії) теплота не може перетікати від більш холодного об'єкта до більш гарячого.

Приклади застосування Баштові крани Автомобільні крани

Баштові крани Сучасні баштові крани використовують для своєї роботи 5 електричних двигунів, наприклад, кран WOLFF 5520.6 (Німеччина): Головний двигун для підйому вантажів (28кВт або 37кВт); Двигун для переміщення вантажного візку (4кВт); Двигун повороту крану (7,5кВт); Два двигуни для переміщення крану по рейках (2 по 5,5кВт).

В баштовому крані двигун з'єднується за допомогою редуктора з барабаном на якому намотано вантажний канат. Також в кранах використовується складна система рухомих та нерухомих блоків.

Автомобільні крани В сучасних автомобільних кранах використовують 2 дизельних двигуна, наприклад, в автокрана LIEBHERR LTM 11200 (вантажопідйомність 1200т): Перший двигун для ходової частини, 8-ми циліндровий дизельний двигун фірми Лібхер з турбонагнітачем, потужністю 500 кВт; Другий двигун для вантажопідйомного механізму, 6-ти циліндровий дизельний двигун фірми Лібхер з турбонагнітачем, потужністю 240 кВт.

В автомобільному крані використовується складна система рухомих та нерухомих блоків, що дозволяє піднімати дуже великі вантажі.

Дякую за увагу!