Генераторы энергии и двигатели


Энергией в физике называется способность физических тел, находящихся в определенных условиях, двигаться, приводить в движение, производить работу. Эту способность физических тел используют в технике при помощи особых машин — двигателей. Они превращают любой вид энергии в механическую работу, в движение.

По виду используемой энергии двигатели разделяются на первичные и вторичные. Первичные используют непосредственно энергию природы: тепло горения топлива, движение воды, ветер. Вторичные работают на энергии, выработанной другими машинами (генераторами) из энергии природы. Они предназначены для более удобного распределения и использования энергии. Наиболее распространенные вторичные двигатели — электрические. Для их работы необходимы электрические генераторы, которые приводятся в движение первичными тепловыми или гидравлическими двигателями.

По видам используемой энергии двигатели делятся на следующие группы:

Энергия Двигатели
первичные вторичные
Тепловая Паровые машины Паровые турбины Двигатели внутреннего сгорания Газовые турбины
Гидравлическая Гидравлические турбины

Гидравлические

Ветровая Ветродвигатели
Электрическая Электрические 
Энергия сжатого воздуха Пневматические
Ядерная энергия Двигателя пока нет. В ядерных энергетических установках тепло атомной реакции используют для работы тепловых двигателей

 

История возникновения двигателя

С древнейших времен люди нуждались в двигательной силе, или в двигателях, которые бы приводили в действие приспособления для подачи воды на поля, вращали жернова, моловшие зерно, и т. д. В странах Древнего Востока, в Древнем Египте, Индии для этой цели использовали животных и рабов.

На смену живым двигателям пришло водяное колесо — два диска на одном валу, между которыми помещались плоские дощечки — лопасти. Поток воды в реке давил на лопасти и поворачивал колесо, а через его вал движение передавалось, например, жерновам. В средние века водяные колеса приводили в действие прядильные и ткацкие станки.

В VII в. персы изобрели мельницу с крыльями. С появлением мельниц началась история ветряных двигателей (см. Ветроэнергетическая установка), использовавшихся для того, чтобы молоть зерно, качать воду. На многих картинах средневековых художников и в книгах вы можете увидеть изображения ветряных мельниц и их описание.

Водяные колеса и ветряные двигатели вплоть до XVII в. оставались единственными типами двигателей. В конце XVII — начале XVIII в. во Франции, Англии, Швеции и других странах делались неоднократные попытки использовать энергию пара — создать паровой двигатель.

Пригодным для практических целей (хотя и не получившим распространения) был паровой двигатель, созданный в 1763 г. русским механиком И. И. Ползу новым.

В 1784 г. английский механик Дж. Уатт изобрел универсальный по своему техническому применению двигатель — паровую машину. Главная ее часть — цилиндр, с обоих концов закрытый крышками. Внутрь цилиндра помещен поршень. Пар давит на поршень поочередно то справа, то слева и перемещает его от одной крышки цилиндра к другой. Одним концом поршень соединен со штоком (стержнем), пропущенным сквозь одну из крышек цилиндра. Через него движение поршня передается наружу, к рабочим органам машины. Изобретение универсального парового двигателя позволило усовершенствовать многие рабочие машины, создало предпосылки, для механизации производства.

Современная паровая турбина

Во второй половине XIX в. появились два новых типа двигателей: паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания.

Первые паровые турбины внешне имели много общего с водяными колесами, только на их лопасти давила не вода, а пар. По мере развития и совершенствования паровые турбины стали в наше время основными двигателями на теплоэлектростанциях. А на смену водяным колесам пришли гидротурбины, которые приводят в действие генераторы тока на гидроэлектростанциях.

Как и в паровой машине, в двигателях внутреннего сгорания главная часть — цилиндр с поршнем, но на поршень давит не пар, а раскаленный сжатый газ, образовавшийся в результате сжигания топлива внутри цилиндра (отсюда и название двигателя). В качестве горючего используются бензин, нефть и специальные горючие смеси. Двигатели внутреннего сгорания, работающие по принципу самовоспламенения топлива в цилиндре, называются дизельными, или дизелями, — по имени их изобретателя — немецкого инженера Р. Дизеля.

Важнейшим этапом в развитии энергетической базы промышленного производства явилось изобретение и применение электрических двигателей. Принцип действия всех электродвигателей основан на следующем физическом явлении: проводник, по которому течет электрический1 ток, будучи помещен между магнитными полями, создаваемыми током, движется поперек силовых линий магнитного ПОЛЯ. Электродвигатели проще и надежнее всех других двигателей, они всегда готовы к работе, могут управляться на расстоянии, позволяют значительно улучшить эксплуатационные характеристики рабочих машин. Электродвигатели сделали возможным создание современных высокопроизводительных машин, агрегатных станков, автоматических линий, заводов-автоматов. Благодаря им появились удобный электрифицированный инструмент, разнообразные машины и приборы, помогающие человеку в быту (швейные и стиральные машины, холодильники, электробритвы и т. д.). С 70-х гг. XX в. в разных странах ведутся работы по изучению возможности использовать электродвигатель в качестве двигателя автомобиля, так как он не загрязняет окружающую среду.