Теплові двигуни - це машини, які виробляють механічну роботу завдяки обміну тепла з іншими зовнішніми тілами. Нагрівання відбувається зазвичай завдяки тому, що згоряє паливо, в результаті чого виходить достатня температура на нагрівальному елементі. В даному випадку робота здійснюється завдяки використанню енергії суміші кисню і палива. Є різні види теплових двигунів, робота яких заснована на нагріванні за допомогою Сонця, різниці в температурах води. Однак такі машини не отримали достатнього поширення і значення. В експлуатації зараз часто можна виявити двигуни, що використовують виділяється теплову енергію розщеплення атомних ядер в реакторі.
Паросилові станції
Поршневі парові (теплові) двигуни були створені в кінці дев`ятнадцятого століття. Через сто років з`явилися і перші парові турбіни. Як говорить сама назва, принцип роботи заснований на парі, зазвичай водяному, але є можливість застосовувати навіть пари ртуті. Турбіни на пару встановлюються на потужних електростанціях і великих кораблях. Поршневий двигун ж знайшов застосування хіба що в водному транспорті (пароплави і паровози) і на залізниці. Для успішної роботи самого двигуна на пару необхідні деякі допоміжні пристрої і машини, що в сукупності становить паросиловими станцію, в якій циркулюють завжди одні й ті ж водні потоки. Вони трансформуються в спеціальних котлах в пар, а потім вже пар виробляє необхідну роботу в поршневий машині (або в турбіні). Наступним етапом є перетворення пари в охолоджуваному барабані в воду (конденсатор). З нього утворилася вода через насос і збірний бак направляється знову в котел, замикаючи колообіг водного потоку. Зазвичай котел називають терміном «нагрівач», а конденсатор називають холодильником. Завдяки тому, що всередині установки циркулює один і той же потік води, накип практично не утворюється.
парові котли
Теплові двигуни на пару (котли) складаються з безпосередньо котла і топки, в якій на колосникових решітки спалюється вугілля (або, в деяких, випадках дрова). Застосовувати рідке паливо можна за допомогою його розпилення паром в форсунках. Стиснене повітря, що виривається з вузької трубки, всмоктує рідке паливо, а потім розбризкує його в необхідному напрямку. Котел складається з трубок і барабана. Через стіни труб передається теплота від топкового газу воді. Зрідка вода може знаходитися зовні по відношенню до труб, а під ним - одні топкові гази, іноді - навпаки, тобто вода - всередині трубок, а гарячий газ їх омиває. У таких теплових двигунах, як парові котли, пар перегрівається в так званих змеевиках, при цьому він трансформується в ненасичений з насиченого. Таким чином, зменшується конденсація парів на стінках турбіни і паропроводів, а значить, підвищується коефіцієнт корисної дії самої станції. На котел встановлюють манометр, за допомогою якого здійснюється спостереження за рівнем тиску пара. Необхідний і спеціальний клапан, який випустить потрібний обсяг пара в тому випадку, коли тиск перевищить граничну величину. На дні барабана є пристосування для діагностики рівня води.
парові турбіни
Турбіни складаються зі сталевих циліндрів, всередині них розташований вал, а на ньому закріплені робочі колеса, між якими поміщені направляючі лопати або сопла. Пар, який виривається між цими лопатками, потрапляє на лопатки у робочого колеса, яке обертається і виконує роботу. Причина обертання самого колеса - реакція струменя пара. У турбіні потоки пара розширюються і охолоджуються, так як входять в неї по дуже вузьким пароплавів, а виходять - в широких трубах.
Двигун внутрішнього згорання
Вкрай поширені теплові двигуни працюють на системі внутрішнього згоряння і встановлюються в танках, літаках, автомобілях, тракторах і так далі. Працювати вони можуть на різному паливі: гас, бензин, стиснений горючий газ. Основна частина двигуна такого типу - це набір циліндрів. Усередині них і відбувається спалювання будь-якого палива. У циліндрі рухається поршень, який являє собою порожнистий і закритий тільки з одного боку циліндр. Поршень оперезаний пружинами у вигляді кілець. Їх призначення - не пропустити газ, утворений під час згоряння палива, в проміжки між самим поршнем і стінами циліндра. Верхні частини циліндрів пов`язані з закритими через клапани канали. Через них впускаються гарячі суміші, а також викидаються відходи згоряння. Крім цих клапанів зверху поміщена свічка. Вона є пристосуванням, за допомогою якого проводиться запалювання горючої суміші через отриману від електричних приладів (бобіни або магнето) іскри.
карбюратор
Важлива частина теплових двигунів, які працюють на принципі внутрішнього згоряння, - це карбюратор. Якщо впускний клапан в циліндрі відкритий, то поршень рухається до валу, і повітря входить через отвір. Повітряні маси проходять повз трубки, з`єднаної з камерою, в якій знаходиться бензин. Повітря з великою швидкістю проходить біля кінця трубки, всмоктує бензин, а потім його розпорошує. Тобто утворюється горюча суміш, яка складається з парів бензину і повітря. Приплив цієї суміші в циліндр обмежений дросельними заслінками.
Такти роботи двигуна
Є всього чотири основних такту роботи машини внутрішнього згоряння:
- Всмоктування. Під час першого такту відкривається клапан, поршень засмоктує горючу суміш в циліндр з карбюратора.
- Стиснення. У другому такті клапан впускний закривається, а поршень рухається нагору і стискає суміш, нагріваючи її таким чином.
- Згоряння. Після того як поршень досягне положення вгорі, суміш запалюється за допомогою одержуваної від свічки електричної іскри. Сила тиску розпеченого газу виштовхує поршень вниз. Цей рух передається валу, і відбувається робота.
- Випуск (він же вихлоп). Відкривається клапан випускний, і все відпрацьовані продукти згоряння викидається в атмосферу через глушник.
З усіх чотирьох тактів (під час яких відбувається тільки два оберти вала) лише третій - робочий. Саме тому одноциліндровий теплової двигун постачають маховиком, який розкручується і обертається під час всіх інших такий. Одноциліндровий двигун встановлюють хіба що на мотоцикли. На автомобілях ставлять більше чотирьох циліндрів. При цьому їх встановлюють таким чином, щоб хоча б один з циліндрів був в роботі на кожен такт. Для старту двигуна використовують електромотор, який живиться від стартера (акумулятора).
дизельні двигуни
У дизельної машині стискається НЕ суміш, а просто повітря, причому стиснення відбувається багаторазове, а повітря нагрівається до сотень градусів Цельсія. Після завершення процесу стиснення в циліндр вбризгівают вже і рідке паливо за допомогою форсунки, яка працює від нагнітається компресорами стисненого повітря. Розбризкана нафту запалюється завдяки високим температурам. У цей час відбувається корисна робота, а потім - викид відпрацьованого газу. Дизелі застосовують в тепловозах, вантажівках, тракторах.
Реактивний двигун
Такі теплові машини по суті є двигунами внутрішнього згоряння, однак в них застосовують так звану реактивну струмінь. Сам двигун знаходиться в циліндричному корпусі. У переднє його отвір входить повітря. Потім в компресорі повітряний потік проходить уздовж осі самого двигуна. Після компресії потік потрапляє в камеру з пальним, де і утворюється горюча суміш, яка спалахує. Таким чином, виходять високотемпературні гази, які рухаються потім до вихідних сопел, приводячи в рух газову турбіну. Дані гази мають неймовірну швидкість.
