Двигатель

Двигатель (далее Д) энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. В зависимости от типа Д работа может быть получена от вращаюшегося ротора, возвратно-поступательно движущегося поршня или от реактивного аппарата. Д приводят в действие рабочие машины, транспортные средства сухопутного, водного, воздушного и космического назначения, производственно-технологической установки, коммунальные и бытовые приборы и т. п. Д, 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 Д составляют тепловые двигатели, использующие энергию топлива или энергию. Д, преобразующис энергию первичных Д в механическую работу, называются вторичными (электрические, пневматические, некоторые типы гидравлических и др.). Устройства, отдающие накопленную механическую энергию, также относят к Д (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 колеса получили распространение в странах Европы как энергетическая база мануфактурного производства.В этот же период широко применялись ветряные Д Примерно с 13 в. предпринимались попытки создания вечного двигателя .Переход к машинной технике, начавшийся с середины 18 в., требовал создания Д, не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра и т. п.). Первым Д, 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 энергитической 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 ученого 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 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 дешевого 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.

Важнейшие сдвиги в развитии энергетической базы промышленного производства были связаны с изобретением и применением двигателей электрических. В 1831 английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, а в 1834 русский ученый Б. С. Якоби создал первый электрический Д постоянного тока, пригодный для практических целей. Однако только с 70-х гг. 19 в. Д постоянного тока получают широкое применение благодаря созданию источников дешевой электроэнергии (генераторов постоянного тока) и усовершенствованию конструкции Д электротехниками А. Пачинотти в Италии и З. Граммом в Бельгии. В 1888-89 русский инженер М. О. Доливо-Добровольский создал трехфазную короткозамкнутую асинхронную электрическую машину (см. Асинхронный электродвигатель). В последующие годы конструкция электрических машин совершенствовалась, были созданы электрические Д в широком диапазоне мощностей - от долей вт до десятков Мвт. Асинхронные электрические Д просты в изготовлении, надежны в эксплуатации, что обусловило их широкое распространение в промышленности. Электропривод в 20 в. стал основным фактором развития энергетики, обусловив постепенное ее расчленение на две самостоятельные системы. Первичные Д (например, турбогенераторы, гидрогенераторы) концентрируются преимущественно на тепловых электростанциях и ГЭС, а электрические Д образуют параллельную систему конечных приемников тока, установленных на предприятиях различных отраслей народного хозяйства. Электрические Д получают также широкое применение в бытовом обслуживании (швейные, стиральные, кухонные машины, холодильники, электробритвы и т. п.).

В первой половине 20 в. были созданы новые типы практически пригодных тепловых Д - газовая турбина, реактивный двигатель, ядерная силовая установка. Газовые турбины стали основой авиационного двигателестроения (см. Авиационный двигатель), распространяются в локомотивостроении (газотурбовозы), на автомобилях и т. д. Реактивные Д позволяют реализовать огромные мощности в одном агрегате. Суммарная мощность Д ракеты, которая в 1961 вывела на орбиту первый космический корабль "Восток", пилотируемый Ю. А. Гагариным, составляла 14 млн. квт (около 20 млн. л. с.), что примерно равно мощности всех электростанций СССР в 1948. Мощность Д ракеты-носителя "Протон" (1965-68) превышала 45 млн. квт (около 60 млн. л. с.) (см. также Ракетный двигатель).

В промышленности СССР свыше 85% мощности сосредоточено в электрических Д и установках. В сельском хозяйстве в 1968 на долю Д в. с. приходилось около 90% общей мощности Д (см. Тракторный двигатель). Мощность Д в народном хозяйстве СССР непрерывно растет. В 1967 мощность выпущенных Д увеличилась по сравнению с 1960 в 1,8 раза и составила по паровым и гидравлическим турбинам 14,7 млн. квт, по дизелям (без автотракторных) 11 млн. квт. В том же 1967 было выпущено свыше 5 млн. электрических Д суммарной мощностью около 30 млн. квт.

Для обеспечения сложных по режиму условий работы применяется комбинирование Д различных типов, например паровые турбины устанавливаются совместно с Д в. с. или газовыми турбинами, разрабатываются проекты комбинированных ракетных Д, в которых сочетаются реактивные и жидкостные ракетные Д (например, турборакетные или ракетно-прямоточные).

Рост энергосистем, комплексная механизация и автоматизация производства, совершенствование транспорта, расширение космических исследований определяют пути дальнейшего развития Д Непрерывно увеличивается мощность первичных Д электрических станций, совершенствуется их конструкция, ведутся работы по созданию установок термоядерного синтеза, Д внешнего сгорания, новых типов ракетных двигателей (ионных, плазменных, фотонных и др.). Для транспортного двигателестроения важными являются работы по созданию экономичных роторных беспоршневых и роторно-поршневых Д в. с. (см., например, Ванкеля двигатель), электрических автомобильных и малогабаритных Д За рубежом (США) ведутся работы по использованию для автомобильного транспорта Д внешнего сгорания (см. Стирлинга двигатель) в комбинации с электрическим Д Важнейшим направлением развития энергетической техники во второй половине 20 в. является преобразование и тепловой энергии топлива при помощи топливных элементов и магнитогидродинамических генераторов непосредственно в электрический ток для питания Д Развитие энергетики, реактивной техники, безмашинных генераторов тока в соединении с Д большой мощности откроет новые перспективы в развитии производительных сил общества.

Лит. см. при статьях об отдельных видах двигателей.

А. А. Пархоменко.

		Новости 22.12.2024 20:06:48

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.