Двигатели, в которых
работает пламяБензиновые двигатели Еще французский физик Д.
Папен, тот самый, который первым подметил могучую силу пара, пытался построить
двигатель, использующий взрывчатую энергию пороха. Было это в 1687 г.
Лишь через 150 лет изобретатели
вновь обратились к идее "взрывчатого" мотора. Бензин тогда не был известен,
и единственно пригодным горючим был светильный газ, поэтому первые двигатели
были газовые. В конце 30-х годов XIX в. на такой двигатель взял патент
англичанин Барнетт, а француз Э. Ленуар в 1860 г. построил первый работающий
газовый двигатель, напоминавший паровую машину: смесь газа и воздуха взрывалась
попеременно - то с одной, то с другой стороны поршня.
Более удачную конструкцию
в 1876 г. предложил немец Н. Отто. Он стал впускать горючую смесь лишь
с одной стороны поршня - противоположной штоку. Это нововведение сразу
решило массу конструктивных трудностей, с которыми сталкивались изобретатели,
пытавшиеся превратить паровую машину в двигатель внутреннего сгорания.
Работа двигателя Отто протекала
в четыре такта. Сначала (при движении поршня от головки цилиндра)
смесь воздуха и горючего газа через клапан засасывалась в цилиндр, т. е.
происходило всасывание - первый такт; потом (при ходе поршня в обратную
сторону) клапан закрывался, смесь сжималась - сжатие - второй такт.
Далее смесь воспламенялась раскаленной электричеством платиновой проволокой,
и расширяющиеся при горении газы толкали поршень, совершая механическую
работу,-рабочий ход - третий такт. После этого поршень, двигаясь
к головке цилиндра, выталкивал через другой клапан отработавшие продукты
сгорания - выхлоп - четвертый такт. Этот принцип работы -всасывание,
сжатие, рабочий ход и выхлоп - называется четырехтактным циклом Отто.
Русский инженер О. С. Костович в 1880 г. и соотечественник Отто - инженер
Г. ДаймЛер в 1886 г. заставили этот двигатель работать на бензине. Для
этого они применили специальное устройство - карбюратор.
В нем бензин
испарялся, пары смешивались с воздухом и поступали в цилиндры двигателя.
Современные бензиновые двигатели работают по циклу Отто.
Схема работы четырехтактного двигателя:
1-й такт - всасывание горючей смеси в цилиндр; 2-й такт - сжатие смеси
при обратном ходе поршня; 3-й такт - рабочий ход; 4-й такт - выхлоп.
Двигатели легких мотоциклов
обычно не четырехтактные, а более простые, двухтактные, поэтому
они обходятся без клапанов. При прочих равных условиях (число цилиндров,
диаметр и ход поршня) двухтактный двигатель должен быть в 2 раза мощнее
четырехтактного, но, как правило, из-за некоторых особенностей конструкции
мощность двухтактного двигателя превышает мощность четырехтактного только
в 1,5-1,6 раза.
Широко употреблялись, да
употребляются и сейчас, звездообразные авиационные двигатели с воздушным
охлаждением. Цилиндры (от 5 до 14) располагаются в виде многолучевой звезды
вокруг коленчатого вала - отсюда и название. Мощность лучших звездообразных
двигателей достигает 3-4 МВт. Применялись в авиации также двигатели с водяным
охлаждением. В СССР авиадвигатели этих двух типов создавали конструкторы
А. Л. Швецов, А. А. Мику-лин, В. Я. Климов.
Схема газовой турбины.
Дизельные двигатели В 1897 г. немецкий инженер
Р. Дизель (см. ст. "Рудольф Дизель") предложил двигатель с воспламенением
от сжатия, который мог бы работать не только на бензине, но и на любом
другом топливе: керосине, нефти. Такие двигатели назвали дизелями.
Тракторные и автомобильные
дизели выпускаются мощностью от 15 до 750 кВт, дизели для передвижных и
стационарных электростанций имеют мощность до 60-70 МВт, а мощность дизелей,
устанавливаемых на морских и океанских судах,- до 45 МВт. В 30-40-х годах
делались попытки применить дизели на самолетах-бомбардировщиках. Очень
удачны оказались дизели в качестве танковых двигателей.
Газовая Турбина Идея турбины, в которой вместо
пара работали бы горячие газы, образующиеся при сгорании топлива,
была высказана еще в конце XVIII в. В 1900 г. русский инженер П. Д. Кузьминский
построил первую работающую турбину такого типа. В 1939 г. в нашей стране
была создана газовая турбина мощностью 750 кВт. Однако у всех этих машин
был общий недостаток - недолговечность. Лопатки турбины омываются потоком
горячих газов, температура которых дается на трансформатор, преобразуется
в нем в ток высокого напряжения, далее по линии электропередачи
поступает
к месту потребления энергии, здесь преобразуется трансформатором в ток
низкого напряжения, после чего поступает к потребителям (см. ст. "Линии
электропередачи (ЛЭП)").
До 90-х годов XIX в. использовался
однофазный
ток, иными словами, от генератора к потребителю шла линия из двух проводов
(кстати, в наших квартирах мы пользуемся именно однофазным током). Однако
попытки создать мощные электродвигатели однофазного тока оказались неудачными,
и долгое время переменный ток применялся главным образом для освещения.
Но в конце 80-х годов XIX в. итальянский ученый Г. Феррарис и американский
электротехник, серб по происхождению, Н. Тесла практически одновременно
и независимо друг от друга разработали теоретические вопросы использования
многофазного тока. К потребителю должно поступать не одно, а несколько
переменных напряжений, одинаковых по размеру, но различающихся по фазе.
Это означает, что перемена полярности напряжений происходит у них не одновременно,
а в разные моменты времени. Феррарис и Тесла доказали теоретически и практически,
что с помощью многофазного тока можно создать
вращающееся магнитное
поле, которое будет вращать роторы электродвигателей переменного тока
так же хорошо, как постоянное магнитное поле - роторы двигателей постоянного
тока, но двигатели при этом станут более простыми по конструкции.
В 1889-1891 гг. русский электротехник
М. О. Доливо-Добровольский предложил систему трехфазного тока, быстро
завоевавшую всемирное признание. Он разработал схемы и конструкции генераторов,
трансформаторов, линий электропередачи, высоковольтных выключателей, измерительных
приборов и электродвигателей. После работ М. О. Доливо-Доброволь-ского
практически вся электротехника стала электротехникой трехфазного тока.
Поэтому все, о чем будет идти речь в дальнейшем, относится по большей части
к переменному току.
|
