Использование тепловых двигателей в различных отраслях производства реферат

Обновлено: 07.07.2024

Создание тепловых двигателей – необходимый атрибут современной цивилизации. Данная тема очень актуальна, так как прогресс человечества теснейшим образом связан с развитием энергетики, транспорта. Автомобильный транспорт играет огромную роль в формировании современного характера расселения людей и распространении туризма, в территориальной децентрализации промышленности и сферы обслуживания.

Содержание

Введение
1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
2. Экологические проблемы тепловых двигателей
3. Факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду
4. Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду
5. Выбросы от автотранспорта в атмосферу
6. Влияние вредных веществ на организм
Заключение
Список использованных источников

Введение

Так, мощный расцвет промышленности в XIX в. был связан с изобретением первого теплового двигателя – паровой машины. Создание двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта и самолётостроение. Газовая турбина буквально в последние четыре десятилетия вызвала переворот в авиации – замену тихоходных самолётов с поршневым двигателем реактивными и турбовинтовыми лайнерами, скорость которых приближается к скорости звука, а в последнее время — и сверхзвуковыми. С помощью реактивных тепловых двигателей осуществлена вековая мечта человечества – выход в космическое пространство.

Основная доля электроэнергии вырабатывается тепловыми электростанциями, генераторы которых приводятся в действие паровыми турбинами. На атомных электростанциях энергия, выделяющаяся при ядерных реакциях, также преобразуется сначала в энергию пара, который приводит в движение паровую турбину, а последняя – ротор генератора, в котором вырабатывается ток.

Целью является рассмотреть какое пагубное влияние оказывают тепловые двигатели машины на окружающую среду, какие существуют пути решения этих экологических проблем и какие природоохранные мероприятия необходимо проводить и проводятся для улучшения экологической обстановки в России,а также в других странах мира.

1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Выбрасываемая в атмосферу токсические продукты горения, продукты неполного сгорания органического топлива- оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

Все это создает ряд серьёзных проблем перед обществом.

Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях, а также увеличении эффективности использования энергии, экономии на производстве и в быту.

2. Экологические проблемы тепловых двигателей

ЭКОЛОГЧЕСКИЙ КРИЗИС, нарушение взаимосвязей внутри экосистемы или необратимые явления в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью и угрожающие существованию человека как вида. По степени угрозы естественной жизни человека и развитию общества выделяются неблагоприятная экологическая ситуация, экологическое бедствие и экологическая катастрофа

Загрязнения от тепловых двигателей:

Химическое.
Радиоактивное.
Тепловое.

КПД тепловых двигателей

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

Введение

Действительно ли история тепловых двигателей — это история прогресса?

Тепловые двигатели чрезвычайно важны для жизни человека, технологии, энергии и транспорта. Изобретение парового двигателя имело большое значение для перехода к механическому производству и позволило создать пароход (1807 г.) и паровоз (1814 г.). Изобретение паровой турбины позволило значительно увеличить мощность электростанций. Сегодня паровая турбина является важнейшим первичным двигателем на тепловых и атомных электростанциях.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания оживило автомобильную и авиационную промышленность.

Тепловой двигатель — это устройство, которое может преобразовывать вырабатываемое тепло в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях осуществляется расширением определенного вещества, так называемого рабочего тела. В качестве рабочих органов обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздуха, воды). Рабочий орган получает (или дает) тепловую энергию при теплообмене с органами, обладающими большим внутренним запасом энергии.

Однократное преобразование тепла в работу не интересует техника. Действительно существующие тепловые двигатели (паровые двигатели, двигатели внутреннего сгорания и т.д.) работают циклически. Процесс теплообмена и преобразования полученного количества тепла в работу повторяется периодически. Для этого рабочий орган должен выполнять круговой процесс или термодинамический цикл, в котором исходное состояние периодически восстанавливается.

Работа А, выполняемая рабочим органом за цикл, равна количеству тепла Q, получаемого за цикл. Отношение работы A к количеству тепла Q1, которое рабочий получает от нагревателя во время цикла, называется нагревательной машиной/эффективностью η.

Этот эолипир представлял собой полую сферу, которая могла быть вынуждена вращаться под ним огнем. Для этого в вертикальной плоскости была предусмотрена сфера с двумя диаметрально противоположными, изогнутыми, выступающими трубками, а под ней был помещен сосуд, частично заполненный водой. Когда под сосудом возник пожар, в нем кипела вода, и выпущенный пар проникал по паровым трубам во внутреннюю полость сферы и выходил из нее по изогнутым трубам, вызывая вращение сферы.

По сути, эолипир — это не более чем паровая турбина. Конечно, эолипир не подходит под определение теплового двигателя, потому что он ничего не приводит в движение, это просто красивая игрушка, но в нем тепло естественным образом преобразуется в механическую работу, а идея использования энергии пара при ускорении и подаче сопел в кольцевом направлении была впоследствии использована для создания паровых турбин.

В шестидесятых годах XVIII века. Век — замечательный человек, сформировавшийся в дикой природе Алтая. Изобретатель и конструктор, технолог и машиностроитель, проектировщик лесопильных и горно-металлургических предприятий, специалист по рудам и строительным материалам, опытный шахтер и металлург, механик и математик, физик и метеоролог, мастер тонких экспериментов и умелый приборостроитель, преподаватель и график — таков был этот выдающийся представитель российского технического мышления — И.И.Ползунов.

20 мая 1765 года уже были закончены сто десять частей завода, не считая котла с арматурой и налоговой ставкой. Отдельные части весили более ста семидесяти пуделей. Наибольший диаметр котла составлял 3,5 метра. Высота паровых цилиндров составляла 2,8 метра. В конце 1765 года было завершено строительство гусеничной тепловой станции. На берегу рабочего пруда находилось машиностроительное предприятие высотой более 18 метров.

В условиях феодального крепостничества паровая машина И. И. Ползунова, конечно, не могла быть универсально циркулирующей. Однако использование отдельных двигателей и в любом случае использование уже построенного двигателя было возможным и разумным. Это поняли ведущие российские личности. A. И. Порошин, который уже был старше и на пенсии, настаивал на продолжении дела Ползунова в 1767 году. Однако он не был поддержан ни кабинетом министров, отвечающим за Алтай, ни Академией наук. Определенную роль сыграл тот факт, что Паллас и Фалк увидели эту машину в природе и впервые описали ее в прессе, все перекрутилось, вплоть до имени создателя новой машины. Старт Паллас и Фалк завершил Ирман и Меллер и физически уничтожил машину Crawler.

Уатт Джеймс (19.1.1736, Гринок, Шотландия — 19.8.1819, Хитфилд, Англия), английский изобретатель, создатель универсального парового двигателя, член Лондонского королевского общества (1785). С 1757 года он работал механиком в Университете Глазго, где познакомился со свойствами пара, а сам с большой точностью исследовал зависимость температуры насыщенного пара от давления с помощью котла Д. Папена. В 1765 г. У. построил экспериментальную машину с цилиндром диаметром 16 см, а в 1768 г. — первый большой паровой двигатель.

В 1774 г. паровой двигатель был закончен, дальнейшие испытания показали, что этот двигатель более чем в два раза эффективнее лучших машин Newcomen. В 1782 году он получил английский патент на паровой двигатель с расширением. В. ввел первую единицу мощности — лошадиную силу (позже его имя было изменено на другую единицу мощности — ватт). Благодаря своей эффективности паровой двигатель U. получил широкое распространение и сыграл важную роль в переходе к машинному производству.

Карно (Никола Леонар) Сади (1796-1832), французский физик и инженер, один из основоположников термодинамики. Работа Карнота стала фактически первым серьезным теоретическим исследованием принципов термических машин. Хотя он воспользовался идеей, уже отвергнутой многими физиками в то время, что приток тепла вызывает нагрев материи, а отток — ее охлаждение, ему удалось обнаружить ряд определений, которые играют решающую роль в работе этих машин.

Попытки Carno связать эффективность (действенность) отопительной машины (что также является ее термином) непосредственно с температурой отопления и холодильника потерпели неудачу по той простой причине, что в то время не была известна абсолютная шкала температур.

Но он многое понял. Например, он подробно проанализировал, выгоднее ли использовать водяной пар или воздух в качестве рабочего материала в тепловой машине, доказал, что теоретически максимально возможная эффективность не зависит от конструкции тепловой машины, а определяется только температурой отопления и холодильника, и установил много других важных моментов.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором химическая энергия сжигания топлива в рабочей камере преобразуется в механическую работу.

Первый практически полезный постоянный ток газа был построен французским механиком Э. Ленуаром (1860). В 1876 году немецкий изобретатель Н. Отто построил более совершенный 4-тактный газовый D.V.s. По сравнению с паровым двигателем D.V.s. он принципиально проще, так как исключается одно звено в процессе преобразования энергии — паровая котельная установка. Это улучшение привело к большей компактности D.V.S., меньшей массе на привод и более высокому КПД, но при этом потребовало более качественного топлива (газа, масла).

В зависимости от вида топлива Д. В. С. делятся на жидкотопливные и газовые двигатели. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом — для 4-х и 2-х тактных двигателей. По способу приготовления горючей смеси топлива и воздуха — для двигателей с наружной и внутренней смесью. Двигатели с внешней смесью включают в себя карбюраторные двигатели, в которых в карбюраторе образуется горючая смесь жидкого топлива и воздуха, и газовые смеси, в которых в смесителе образуется горючая смесь газа и воздуха. В ДВС с внешним перемешиванием рабочая смесь в цилиндре воспламеняется электрической искрой. В двигателях с внутренним перемешиванием (дизельные двигатели) топливо саморазжигается при впрыске в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры.

Максимальная эффективная эффективность самого передового Ц.К.Е. составляет около 44%.

Основным преимуществом Д.В.С., как и других тепловых двигателей (например, реактивных), перед гидравлическими и электрическими двигателями, является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т.д.), в этом контексте заводы, оборудованные Д.В.С., могут свободно передвигаться и оседать где угодно. Это привело к широкому применению Д.В.С. на транспортных средствах (автомобилях, сельскохозяйственных и дорожно-строительных машинах, самоходной военной технике и т.д.).

Тепловые двигатели

Черепанов, русский изобретатель, крепостной заводчик Демидов: отец Ефим Алексеевич (1774-1842) и сын Мирон Ефимович (1803-49). Они построили первый в России паровоз.

В 1869 году братья Пьер и Эрнест Мишо создали первый мотоцикл во Франции. Это был мотоцикл с маленьким одноцилиндровым паровым двигателем. Блок двигателя был соединен с блоком на заднем колесе гибким кожаным ремнем.

АВТОМОБИЛЬНОЕ (от авто… и лат. мобильное — мобильное, легко передвигаемое), транспортное безрелезовая машина в основном на колесном приводе, приводимом в движение собственным двигателем (внутреннее сгорание, электрическое или паровое). Первый паровоз был построен в 1769-70 гг. Ж. Куно (Франция), с двигателем внутреннего сгорания Г. Даймлера, К. Бенца (Германия) 1885-86 г.г. Различают легковые автомобили (легковые и автобусные), грузовые автомобили, специальные автомобили (пожарные, санитарные и т.д.) и гоночные автомобили. Скорость движения легковых автомобилей до 300 км/ч, гоночных автомобилей до 1020 км/ч (1993 г.), грузоподъемность грузовых автомобилей до 180 тонн.

Создателем первого автомобиля является немецкий инженер Карл Бенц. Однако есть и более ранние модели самоходных машин, такие как подъемник улиток Demetrius от Фалерского, который был создан около 2000 лет назад.

В 1885 году Бенц построил трехколесный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания собственной конструкции, но не выезжал за пределы завода. Когда 29 января 1886 года он подал заявку на патент на VRS 37435 для самоходного экипажа как такового, появилась возможность провести публичную демонстрацию своего изобретения. Отправка состоялась 3 июля 1886 года.

Механик-самоучка Иван Кулибин (1735-1818) родился в Нижнем Новгороде в 1735 году как сын семьи мелкого купца муки. Его отец был старообрядцем, который воспитывал сына по строгим правилам и приучал его к труду. После того, как он начал учебу, Иван не мог остановиться и приступить к ней, так как у него не было другой возможности самостоятельно изучать науки с помощью книг, в том числе и трудов Михаила Ломоносова.

Среди тепловых двигателей победителями стали паровые двигатели. Только они до сих пор служат на тепловых и атомных электростанциях и мощных кораблях!

Экологические проблемы тепловых двигателей

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КРИСИС, нарушение связей в экосистеме или необратимые события в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью, угрожающей существованию человека как вида. Неблагоприятная экологическая ситуация, экологическая катастрофа и экологическая катастрофа отличаются по степени угрозы природной жизни людей и развитию общества.

Загрязнение тепловыми двигателями:

Химический.
Радиоактивный.
Тепловой.

КПД тепловых двигателей Заключение

Сжигание топлива сопровождается выбросом в атмосферу углекислого газа, азота, серы и других соединений.

Меры по предотвращению загрязнения:

сокращение вредных выбросов.
контроль выхлопных газов, модификация фильтров.
сравнение эффективности и экологических показателей различных видов топлива, переход транспорта на газовое топливо

Перспективы использования электродвигателей, пневмоавтомобилей, автомобилей на солнечных батареях.

Список литературы

Образовательный сайт для студентов и школьников

Тепловой двигатель устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.
К тепловым двигателям относятся паровая машина, двигатель внутренне реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Содержимое работы - 1 файл

Тепловые двигатели и их применение.doc

Тепловые двигатели и их применение
Тепловой двигатель устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.
К тепловым двигателям относятся паровая машина, двигатель внутренне реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.
Тепловые двигатели паровые турбины устанавливаются на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели на автомобильном поршневые двигатели внутреннего сгорания, на водном двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины, на железнодорожном тепловозы с дизельными установками, в авиации поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.
Паровые машины
Паросиловая станция. Работа этих двигателей производится посредством пара. В огромном большинстве случаев это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ например, ртути. Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте паровозы и пароходы.
Для работы парового двигателя необходим ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство вместе носит название паросиловой станции. На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода.
Вода превращается в пар в котле, пар производит работу в турбине или в поршневой машине и снова превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой конденсатор. Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак сборник снова направляется в котел.
В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор холодильником. Так как в установке циркулирует практически одна и та же вода утечка пара невелика и добавлять воды почти не приходится, то в котле почти не получается накипи, т. е. осаждения

Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В XVII в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу и охлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию. К сожалению, коэффициент полезного действия не высок.
К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.
Двигатель внутреннего сгорания.
В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск.
Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенно мощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др.
Паровая турбина.
В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.
В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.
Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока.
Тепловые двигатели - паровые турбины - устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном - ДВС и паровые турбины; на ж/д. тепловозы с дизельными установками; в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.
Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.
Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.
В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу две-три тонны - свинца.
Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.
Выбросы вредных веществ в атмосферу - не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.
Во владимирской области в 2001 году суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, определённые на основании информации природопользователей об охране атмосферного воздуха по стационарным и передвижным источникам составили 115.295 тыс. т. в год, в том числе твёрдые 7.1% (8.192 тыс. т.) газообразные и жидкие 92.9%(107.103 тыс. т.)

Большая часть двигателей, используемых людьми, — это тепловые двигатели. Устройства, превращающие энергию топлива в механическую энергию, называются тепловыми двигателями. Любой тепловой двигатель (паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания) состоит из трех основных элементов: рабочего тела (это газ), которое совершает работу в двигателе; нагревателя, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы; холодильника, которым является атмосфера или специальные устройства (рис. 28).

Ни один тепловой двигатель не может работать при одинаковой температуре его рабочего тела и окружающей среды. Обязательно температура нагревателя больше температуры холодильника. При совершении работы тепловыми двигателями происходит передача теплоты от более горячих тел к более холодным. Рабочее тело двигателя получает количество теплоты Qн от нагревателя, совершает работу А и передает холодильнику количество теплоты Qx. В соответствии с законом сохранения энергии . В случае равенства речь идет об идеальном двигателе, в котором нет потерь энергии.

Отношение работы к энергии, которое получило рабочее тело от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия (КПД):

Паровая или газовая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель работают на базе ископаемого топлива. В процессе работы многочисленных тепловых машин возникают тепловые потери, которые в конечном счете приводят к повышению внутренней энергии атмосферы, т. е. к повышению ее температуры. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному изменению природных условий. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы. С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путем повышения КПД, их регулировки и создания новых двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами.

Тепловые двигатели и их применение

Условия, необходимые для работы тепловых двигателей. Простейшей машиной, при помощи которой люди давно использовали энергию излучения Солнца для получения работы, являются ветряные мельницы (ветряные двигатели). Вращение крыльев двигателя, приводящее в движение вал, совершающий какую-либо работу, возникает под действием ветра. Для возникновения ветра необходима разность давлений, а эта последняя возникает вследствие различия в температуре различных частей атмосферы. Ветер есть не что иное, как конвекционное движение атмосферы, обусловленное неравномерным нагреванием ее.

Таким образом, энергия, доставляемая Солнцем, может быть использована для получения работы в ветряном двигателе только при условии, что имеется разность температур отдельных частей атмосферы, создаваемая поглощением лучистой энергии Солнца и частичным испусканием ее в мировое пространство. Установлено, что непрерывное или периодически повторяющееся получение работы за счет охлаждения тел может иметь место лишь в том случае, если совершающая работу машина не только получает теплоту от какого-либо тела (это тело называют нагревателем), но вместе с тем отдает часть теплоты другому телу (холодильнику). Итак, на совершение работы идет не вся теплота, полученная от нагревателя, а только ее часть, остальная же теплота отдается холодильнику.

Машины 1[1] , производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими телами, называются тепловыми двигателями. В большинстве таких машин нагревание получается при сгорании топлива, благодаря чему нагреватель получает достаточно высокую температуру. В этих случаях работа совершается за счет использования внутренней энергии смеси топлива с кислородом воздуха. Кроме того, существуют машины, в которых нагревание производится Солнцем, а также проекты машин, использующих разности температур морской воды. Однако пока ни те, ни другие не имеют заметного практического значения. В настоящее время эксплуатируются также тепловые машины, использующие теплоту, выделяющуюся в реакторе, где происходит расщепление и преобразование атомных ядер.

Паросиловая станция. Раньше всего (в конце XVIII века) были созданы паровые поршневые двигатели (паровые машины). Спустя примерно 100 лет появились паровые турбины. Как показывает название, работа этих двигателей производится посредством пара. В огромном большинстве случаев — это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ (например, ртути). Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте (паровозы и пароходы).

Для работы парового двигателя необходим ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство вместе носит название паросиловой станции. На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода.

Схема оборудования паросиловой станции

Она превращается в пар в котле, пар производит работу в турбине (или в поршневой машине) и снова превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой (конденсатор). Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак (сборник) снова направляется в котел. Итак, круговорот воды происходит по следующей схеме:

В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор — холодильником. Так как в установке циркулирует практически одна и та же вода (утечка пара невелика и добавлять воды почти не приходится), то в котле почти не получается накипи, т. е. осаждения растворенных в воде солей. Это важно, так как накипь плохо проводит тепло и уменьшает коэффициент полезного действия котла. В случае появления накипи на стенках котла ее удаляют. В следующих параграфах мы рассмотрим части паросиловой станции по отдельности.

Паровой котел. Он состоит из топки и собственно котла. Уголь или дрова сжигаются в топке на колосниковых решетках. Жидкое топливо сжигается в распыленном состоянии; распыление обычно производится с помощью пара в форсунках. Пар или сжатый воздух, вырываясь из узкого отверстия в трубке, засасывает жидкое топливо и разбрызгивает его.

Схема устройства форсунки

Котел состоит из барабана и труб, через стенки которых теплота от горячих топочных газов передается воде. Иногда вода находится снаружи труб, а по трубам идут топочные газы (огнетрубный котел, дымогарные трубы). Иногда, наоборот, вода находится внутри труб, а горячие газы омывают их (водотрубный котел). Во многих паровых котлах пар подвергается перегреванию в особых змеевиках, омываемых горячими газами. При этом он из насыщенного делается ненасыщенным. Этим достигается уменьшение конденсации пара (на стенках паропроводов и в турбине) и повышается к. п. д. станции.

Схема устройства водотрубного котла: 1 — барабан котла, 2 — водотрубная часть, 3 — водомерное стекло, 4 — перегреватель, 5 — труба для подачи воды в котел, 6 — поддувало, 7 — предохранительный клапан, 8 — заслонка в борове

На котле имеются манометр для наблюдения за давлением пара и предохранительный клапан, выпускающий пар в случае, если давление его превысит допустимую величину. На днище барабана имеются приспособления для наблюдения за уровнем воды в котле (водомерное стекло). Если уровень воды опустится настолько, что пламя будет нагревать стенки котла в тех местах, где они не соприкасаются с водой, то возможен взрыв котла.

Энергия горячих топочных газов передается воде в котле не целиком. Часть ее рассеивается в котельной, часть уносится с газами в дымовую трубу. Кроме того, значительную потерю может дать неполное сгорание топлива. Признаком этого является черный дым из труб станции. Черный цвет придается дыму крупинками несгоревшего угля.

а) Схема устройства паровой турбины,

б) Расположение на валу ее турбины лопаток: а — направляющих, b — рабочих

Весьма важной для электрических станций является возможность строить турбины на громадные мощности (до 1 000 000 кВт и более), значительно превышающие максимальные мощности других типов тепловых двигателей. Это обусловлено равномерностью вращения вала турбины. При работе турбины отсутствуют толчки, которые получаются в поршневых машинах при движении поршня взад и вперед.

Поршневая паровая машина. Основы конструкции поршневой паровой машины, изобретенной в конце XVIII века 2[2] , в основном сохранились до наших дней. В свое время паровая машина дала технике, до того почти не знавшей машин-двигателей, новое мощное средство развития. В настоящее время она частично вытеснена другими типами двигателей. Однако у нее есть свои достоинства, заставляющие иногда предпочесть ее турбине. Это — простота обращения с ней, возможность менять скорость и давать задний ход.

1.Введение
2.Что называют тепловым двигателем?
3.Виды тепловых двигателей.
4. Принцип действия тепловых двигателей.
5.Характеристика тепловых двигателей.
6.Двигатель Внутреннего сгорания и внешнего сгорания.
7.Проблемы возникшие при внедрении тепловых двигателей.
8.Список литературы.

Файлы: 1 файл

Тепловые двигатели..docx

студентка 1го курса

2.Что называют тепловым двигателем?

3.Виды тепловых двигателей.

4. Принцип действия тепловых двигателей.

5.Характеристика тепловых двигателей.

6.Двигатель Внутреннего сгорания и внешнего сгорания.

7.Проблемы возникшие при внедрении тепловых двигателей.

Человечество на протяжении всей своей истории стремилось использовать источники энергии для решения своих задач. На заре истории человек использует воду в качестве источника энергии. Позже, в средние века, человечество научилось использовать энергию ветра. Со временем этого оказалось недостаточно для развития промышленности, ведь ветер не всегда достаточно силен, для того чтобы вращать крылья ветряных мельниц, а вода замерзает зимой. Но в конце XVIII века был изобретен паровой двигатель. Создание тепловых двигателей – необходимый атрибут современной цивилизации. Данная тема очень актуальна, так как прогресс человечества теснейшим образом связан с развитием энергетики, транспорта. Автомобильный транспорт играет огромную роль в формировании современного характера расселения людей и распространении туризма, в территориальной децентрализации промышленности и сферы обслуживания. Овладение новым источником энергии, открытие новых путей её преобразования и использования – это целая эпоха в истории развития цивилизации.

С изобретением парового двигателем стало возможным дальнейшее развитие техники и промышленности. Но паровой двигатель имеет очень низкий коэффициент полезного действия, большую часть полученной при сгорании топлива энергии он попросту выбрасывает в воздух. Поэтому начались исследования по постройке двигателей внутреннего сгорания.
Каждый из рассмотренных нами этапов развития человечества имел свой источник энергии. И каждый последующий источник был более мощным и позволял получать большее количество энергии при меньших затратах.

Итак мы можем сделать вывод, что развитие техники и промышленности напрямую зависит от уровня использования внутренней энергии тел.

Сейчас мы рас смотрим, что называется тепловым двигателем.

Тепловой двигатель – это машина для преобразования тепловой энергии в механическую работу. В тепловом двигателе происходит расширение газа, который давит на поршень, заставляя его перемещаться, или на лопатки турбины, сообщая ему вращение. Тепловой двигатель состоит из: нагревателя (камеры сгорания, парового котла); рабочего тела (газ, пар) и холодильника (внешняя среда, конденсатор).

Паровая машина
Паровая турбина
Двигатель внутреннего сгорания
Газовая турбина
Реактивный двигатель

Во всех типах таких двигателей непрерывное или периодически повторяющееся получение работы возможно только в том случае, когда совершающая работу машина не только получает тепло от какого-то тела (нагревателя), но и отдает часть тепла другому телу (охладителю).

Работа, совершаемая двигателем, равна:

Q_H — количество теплоты, полученное от нагревателя,
Q_X — количество теплоты, отданное охладителю.

Общая характеристика тепловых двигателей.

1)Паровая машина – тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а за тем во вращательное движение вала.

Поздние паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами и электромоторами.

Для привода паровой машины в действия был необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давил на поршень , движение которых передается другим механическим частям.

Преимущество парового двигателя - это возможность использовать любой вид топлива – от дров до урана.

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Они также способствовали распространению коммерческого использования машин на предприятиях и являлись энергетической основой промышленной революции XVIII века. Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Недостатки паровых машин: низкий кпд (от 1 до 20%), ограниченные быстроходность (до 1000 об/мин) и агрегатная мощность (до 30000 л. с.), а также большие габариты и масса — привели к тому, что производство

2)Паровая турбина – вид парового двигателя, в котором струя пара, действуя на лопатки ротора, вызывает его вращение.

Паровые турбины используются в качестве первичных двигателей промышленных установок в течение многих лет. Пар, образующийся в паровом котле, расширяясь, под высоким давлением проходит через лопатки турбины. Турбина вращается и производит механическую энергию, используемая генератором для производства электричества. Однако использование тяжелых нефтяных фракций и твердого топлива снижает экологические показатели системы. По умолчанию, паровые турбины производят больше тепла, чем электричества, в результате имеют высокие затраты на установленную мощность.

3)Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Поршневой двигатель внутреннего сгорания сегодня является самым распространённым тепловым двигателем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров, водяных насосов и прочих машин, как мобильных, так и стационарных, и производится в мире ежегодно в количестве нескольких десятков миллионов изделий. Источником тепла в ДВС является химическая энергия топлив, а его сгорание происходит внутри двигателя. Поэтому для таких двигателей не требуется какой-либо внешний нагреватель.

Все современные двигатели работают на бензине или дизельном топливе.

Недостатком ДВС является то, что он вырабатывает большое количество токсичные выбросы, громоздкость, сильный шум, необходимость охлаждения и смазки, относительно небольшой ресурс, сложная система зажигания, высокое потребление горючего.

4)Газовая турбина – турбина, в которой тепловая энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу; входит в состав газотурбинного двигателя. Мощность обычно 200 МВт. Они используются в составе газотурбинных двигателей, стационарных газотурбинных установок и парогазовых установок. Они часто используются в ракетах на жидком топливе, в кораблях, локомотивах, вертолетах и танках.

Очень высокое отношение мощности к весу, по сравнению с поршневым двигателем;
КПД на максимальных оборотах выше, чем у поршневых двигателей.
Меньшее количество движущихся частей, чем у поршневого двигателя.
Низкие эксплуатационные нагрузки.
Высокая скорость вращения.
Низкая стоимость и потребление смазочного масла.

Недостатки газовых двигателей: высокая стоимость, задержка отклика настроек мощности.

5)Реактивный двигатель – двига тель–движитель, создающий для движения силу тяги посредством преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. В реактивном двигателе сила тяги, необходимая для движения, создается путем преобразования исходной энергии в кинетическую энергию рабочего тела.

Для создания реактивной тяги необходимы источник исходной энергии, которая преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи, рабочее тело, выбрасываемое из двигателя в виде реактивной струи, и сам реактивный двигатель, преобразующий первый вид энергии во второй.

Реактивные твердотопливные двигатели очень надежны, могут долго храниться, а следовательно, постоянно готовы к запуску. Они применяются в авиации и космонавтике, в самолетах и в космических аппаратах.

Принцип действия тепловых двигателей.

Каждый тепловой двигатель состоит из 3 основных элементов: рабочее тело (например, газ), которое совершает работу в двигателе; нагреватель, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы; холодильника, которым могут являться атмосфера или специальные устройства.

Работа теплового двигателя состоит из повторяющихся циклов, каждый из которых таков: приобретение рабочим телом энергии Q1 от нагревателя (температура которого T1); расширение рабочего тела и совершение им полезной работы А_пол; передача неиспользованной части энергии Q2 холодильнику (температура которого T2 всегда меньше, чем температура нагревателя T1); возвращение охлажденного рабочего тела в исходное состояние. Из первого закона термодинамики следует, что при завершении цикла рабочее тело приходит в первоначальное состояние и его внутренняя энергия не меняется:

deltaU = U2 - U1 = О,

Q1 = Q2 + A пол + Qпотерь:

где (Q— энергия потерь за один цикл, которая расходуется на теплообмен с окружающей средой, на трение и т. д. Таким образом, полезная работа, совершаемая за цикл, A_пол ≤ Q1 - Q2 где в случае равенства речь идет об идеальном двигателе, в котором нет потерь энергии.

Характеристика тепловых двигателей.

Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охладителем.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

В тепловых двигателях не вся внутренняя энергия пара или газа превращается в механическую энергию. Важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу, т.е. в ту работу, ради которой он и создан. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

Пусть Aп – полезная работа; Q₁ – количество теплоты, поступившее от нагревателя; Q₂ – количество теплоты, отданное холодильнику: Aп = Q₁ – Q₂.

Двигатель внешнего сгорания.

Двигатель внешнего сгорания - тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Материалоёмкость
применение высокого давления и специальные виды рабочего тела(водород, гелий) для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС
Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников.
Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.

Двигатель внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания источником тепла является химическая энергия топлива, а его сгорание происходит внутри двигателя. Поэтому для таких двигателей не требуется котел или какой-то другой внешний нагреватель. Рабочим телом теоретически могут служить многие горючие вещества, однако практически все современные двигатели такого рода работают на бензине или дизельном топливе.

Раньше всего (в конце XVIII века) были созданы паровые поршневые двигатели (паровые машины). Спустя примерно 100 лет появились паровые турбины. Как показывает название, работа этих двигателей производится посредством пара. В огромном большинстве случаев - это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ (например, ртути). Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте (паровозы и пароходы).

Содержание

1. Паровые машины
2. Двигатель Стирлинга
3. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания
4. Дизельные двигатели
Заключение

Работа содержит 1 файл

Применение тепловых двигателей.doc

Применение тепловых двигателей

1. Паровые машины

Достоинства и недостатки. Основное достоинство паровой машины - ее относительная простота и хорошие тяговые характеристики независимо от скорости работы. Это позволяет обойтись без редуктора, что выгодно отличает такой двигатель от двигателя внутреннего сгорания, который на малых оборотах недодает мощность. Поэтому паровая машина очень удобна в качестве тягового двигателя, например, на паровозах. К серьезным недостаткам паровых машин относятся их низкий КПД, сравнительно невысокая максимальная скорость, большой вес и постоянный расход топлива и воды.

Применения. В прошлом паровые машины были по существу единственным первичным двигателем (если не считать водяного колеса), однако в 20 в. их вытеснили электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, газовые и паровые турбины, обладающие более высокими КПД, а также большей компактностью, эффективностью и универсальностью применения.

На повозку паровую машину поставили впервые в 1769, однако практически используемые машины появились только в 1860-х годах. В 1906 на паромобиле Стэнли был установлен мировой рекорд скорости 190 км/ч на трассе в Орландо-Бич (шт. Флорида). Однако в последующие 20 лет паровые двигатели на автомобилях были вытеснены бензиновыми двигателями внутреннего сгорания. Паровые двигатели проиграли соревнование по двум причинам: они замерзали зимой и были неэкономичны, поскольку требовали много топлива и воды.

2. Двигатель Стирлинга

Для применения на автомобилях рассматриваются и другие типы двигателей внешнего сгорания. В двигателе Стирлинга используется горячий воздух, гелий или водород, а не пар. Рабочий цикл двигателя осуществляется за 4 такта: сжатие, нагревание, рабочий ход, охлаждение. Рабочий газ нагревается внешним источником тепла, как в паровой машине, а охлаждается водой, постоянно циркулируя в двигателе. Этот двигатель был изобретен в 1816 шотландцем Р.Стирлингом.

Двигатель Стирлинга имеет определенные преимущества по сравнению с паровыми машинами, а именно, слабое воздействие на окружающую среду и довольно высокий КПД. Наиболее совершенные конструкции двигателей Стирлинга разработаны для судов и грузовых автомобилей.

3. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания

Самый распространенный тип современного теплового двигателя -- двигатель внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания устанавливаются на автомобилях, самолетах, танках, тракторах, моторных лодках и т. д. Двигатели внутреннего сгорания могут работать на жидком топливе (бензин, керосин и т. п.) или на горючем газе, сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева (газогенераторные двигатели).

Одноцилиндровые двигатели ставятся главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах и т. п. с целью получения более равномерной работы двигателя ставятся четыре, шесть и более цилиндров.

Двигатель внутреннего сгорания обладает рядом преимуществ, являющихся причиной его широкого распространения (компактность, малая масса). С другой стороны, недостатками двигателя являются: а) то, что он требует жидкого топлива высокого качества; б) невозможность получить при его помощи малую частоту вращения (при малом числе оборотов, например не работает карбюратор).

4. Дизельные двигатели

Высокая степень сжатия в дизельных двигателях обусловливает и более высокий КПД. Поэтому дизельные двигатели применяют в тех случаях, когда важен не столько вес, сколько экономичность и высокая мощность.

К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе.

В современной технике так же широко применяют турбины. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей на тепловых электростанциях. Паровые турбины устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном - паровые турбины; на ж/д. тепловозы с дизельными установками; в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов. Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу две-три тонны - свинца.

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.

Выбросы вредных веществ в атмосферу - не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.

Читайте также:

Использование тепловых двигателей в различных отраслях производства реферат

Введение

Двигатель внутреннего сгорания

Тепловые двигатели

Экологические проблемы тепловых двигателей

Список литературы

Содержимое работы - 1 файл

Тепловые двигатели и их применение.doc

Оглавление

Файлы: 1 файл

Тепловые двигатели..docx

Содержание

Работа содержит 1 файл

Применение тепловых двигателей.doc