Глава I. Понятие, виды и схемы двигателей.

1.1 Понятие и виды двигателей

Двигатель (далее «Д») - энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу.

В зависимости от типа двигателя работа может быть получена от вращаюшегося ротора, возвратно-поступательно движущегося поршня или от реактивного аппарата. Двигатели приводят в действие рабочие машины, транспортные средства сухопутного, водного, воздушного и космического назначения, производственно-технологической установки, коммунальные и бытовые приборы и т. п.

Двигатели, непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы (топливо, 1709 энергию ветра, воды и др.) в механическую энергию, называются первичными (паровые, ветряные, гидравлические и др.). Наибольшую группу среди первичных двигателей составляют тепловые двигатели, использующие химическую энергию топлива или атомную энергию. Двигатели, преобразующис энергию первичных двигателей в механическую работу, называются вторичными (электрические, пневматические, некоторые типы гидравлических и др.). Устройства, отдающие накопленную механическую энергию, также относят к двигателям (инерционные, пружинные, гиревые механизмы).

По назначению Д. разделяют:

• на стационарные, т. е. установленные неподвижно;

• передвижные, используемые на движущихся рабочих машинах;

• транспортные, применяемые на различных видах транспортных средств.

Первым в истории человечества механическим Д. было водяное колесо, применявшееся для оросительных систем в странах Древнего Востока, в Египте, Китае, Индии. В средние века водяные колёса получили распространение в странах Европы как энергетическая база мануфактурного производства. В этот же период широко применялись ветряные двигатели. Примерно с 13 в. предпринимались попытки создания вечного двигателя. Переход к машинной технике, начавшийся с середины 18 в., требовал создания двигателей, не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра и т. п.). Первым двигателем, использующим тепловую энергию топлива, была поршневая пароатмосферная машина прерывного действия, появившаяся в конце 17 — начале 18 вв. (проекты французского физика Д. Папена и английского механика Т. Севери, усовершенствованные в дальнейшем Т. Ньюкоменом в Англии и М. Тривальдом в Швеции). Пароатмосферные Д. значительного распространения не получили. Проект универсального парового Д. был предложен в 1763 русским механиком И. И. Ползуновым, который сдвоил в своей машине цилиндры, получил Д. непрерывного действия. Вполне развитую форму универсальной тепловой Д. получил в 1784 в паровой машине английского механика Дж. Уатта. Внедрение паровых машин обусловило независимость размещения промышленного производства от природных источников энергии и привело к быстрому развитию промышленности на новой энергетической основе. К 1880 мощность использовавшихся в мировом хозяйстве паровых машин превысила 26 млн. квт ( 35 млн. л. с.)

Во второй половине 19 в. в процессе дальнейшего совершенствования энергетической базы производства были созданы два новых типа тепловых Д.: паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания (Д. в. с.). В паровых турбинах, получивших распространение после 1884 (патенты английского учёного Ч. Парсонса, шведского изобретателя К. Лаваля), энергия пара преобразуется в энергию вращающегося вала без кривошипно-шатунного механизма. Паровые турбины открыли широкие возможности наращивания мощности единичного агрегата и стали основным Д. крупных электрических станций. С начала 20 в. мощность паровых турбин непрерывно увеличивается, достигнув в 60-х гг. 20 в. 1200 Мвт в одном агрегате.

Первый практически пригодный Д. в. с. был сконструирован в 1860 французским механиком Э. Ленуаром. В 1876 Н. Отто в Германии создал более совершенный 4-тактный газовый Д. По сравнению с паровой машиной Д. в. с., освобожденный от парокотельного агрегата, имел более высокий кпд, был более простым и компактным Д. В 1897 немецкий инженер Р. Дизель, работая над повышением эффективности Д., предложил Д. в. с. с воспламенением от сжатия (см. Дизель). Дальнейшее усовершенствование этого Д. позволило применить в качестве дешёвого топлива нефть, в результате чего Д. в. с. становится экономичным стационарным Д. В то же время Д. в. с. получает широкое распространение на транспорте. В 60-е гг. 20 в. около 80% суммарной мощности всех существующих Д. падает на долю транспортных (см. Автомобильный двигатель, Судовой двигатель). Например, общая мощность автомобильных Д. во всех странах мира превысила 11 млрд. квт (15 млрд. л. с.).

Параллельно с развитием тепловых Д. совершенствовалась конструкция первичных гидравлических Д., особенно гидротурбин (проекты французского инженера Б. Фурнерона, американского А. Пелтона, австрийского В. Каплана и др.). Создание мощных гидротурбин позволило строить гидроэнергетические агрегаты большой мощности (до 600 Мвт) и создавать крупные ГЭС в местностях, где имеются большие реки, водопады и т. п.