Jdi na obsah Jdi na menu
 


Tepelné Motory

Rozdělení :

Můžeme je rozdělit podle konstrukčních znaků na

-         Rotační (parní a vodní turbíny, většina elektromotorů)

-         Reaktivní (proudové a raketové motory)

-         Pístové (motory spalovací, vznětové a zážehové, parní motory..)

A také podle druhu přiváděné energie

-         Tepelné

-         Hydraulické

-         Elektrické

Klasické rozdělení je

-         Parní motory

·        Parní stroj

·        Parní turbína

-         Spalovací motory

·        Zážehový motor

·        Vznětový motor

·        Proudový motor

·        Raketový motor

Parní motory

Popis jednotlivých motorů:

-         Parní stroj

První průmyslově využitelný stroj postavil anglický vynálezce Thomas Newcomen (1663-1729) roku 1712.Tento stroj byl určen pro vysávání vody ze zatopených uhelných dolů ve střední Anglii. Pára z kotle vstoupila do válce a vytlačila píst nahoru. Přívod páry se pak uzavřel a do válce vstřikovaná studená voda způsobila kondenzaci páry.

Vytvořil se tak podtlak a atmosférický tlak stlačil píst zpátky dolů. Pohyb pístu se pomocí ojnice přenášel na vahadlo, které svými kyvy rozpohybovalo čerpadlo. Vzduch a sražená voda se z válce odváděla trubkou. Na Newcomenovu práci navázal anglický fyzik James Watt (1736-1819). Jeho upravený jednočinný parní stroj snížil spotřebu paliva o dvě třetiny a to tím, že od sebe oddělil ohřívání a ochlazování, které původně probíhalo ve stejném válci. Další Wattův dokonalejší dvojčinný parní stroj s převodem na rotační pohyb, kdy bylo kývání vahadla přenášeno ojnicí na tovární zařízení. Na konci ojnice bylo připevněno malé neotáčivé kolo, které pohánělo velké centrální kolo na hřídeli setrvačníku. Ozubený setrvačník se zasouval do dalšího ozubeného kola. Rozdíl mezi dvoučinným a jednočinným strojem spočíval v přívodu páry na obě strany pístu. Parní lokomotivy si své zásoby paliva a vody museli vozit ve vozíku vlečeném za sebou –tendru.

Pokud je pára přiváděna do válce po celou dobu pohybu pístu, mluvíme o plnotlakém parním stroji. Takové byly především první parní stroje. Pokud je pára vpouštěna jen po část pohybu pístu, mluvíme o expanzních strojích. Poměr mezi celkovým objemem válce a objemem v okamžiku uzavření přívodu páry se nazývá plněním. Obvyklá plnění se pohybují mezi 100 % (plnotlaké stroje) a zhruba 10 – 20 %. Využití expanze páry umožnilo několikanásobně zvýšit účinnost parního stroje. Dalším vývojovým stádiem pak bylo využití několikanásobné expanze ve sdružených parních strojích.

Využití v praxi:

Využíval se v lokomotivách,jako čerpadlo,v současné době jako pohon na cirkulárku a v elektrárnách.

1 - Píst
2 - Pístní tyč
3 - Křižák
4 - Ojnice
5 - Klika čepu ojnice
6 - Excentrický mechanismus
7 - Setrvačník
8 - Šoupátko
9 - Wattův odstředivý regulátor.

 

-         Parní turbína

Vynalezl ji Sir Charles Pardone roku 1884. Byla postupně zdokonalována spolu se spalovacím motorem. Ve 12.století pomalu nahradila parní stroj, díky své účinnosti. Je to točivý tepelný stroj, přeměňuje kinetickou energii a tepelnou energii proudící páry na mechanický rotační pohyb přenášený na hřídel stroje.

Skládá se z jednoho nebo více postupně se zvětšujících lopatkových kol. Lopatková kola jsou součástí statoru stroje a nazývají se rozváděcí. Ta, která jsou na hřídeli stroje, se nazývají oběžná a spolu s hřídelí tvoří rotor. Pro zvýšení účinnosti bývají obvykle velké parní turbíny rozděleny na několik dílů - vysokotlaký a nízkotlaký, případně i středotlaké stupně. Mezi nimi může být i regenerátor páry, který znovu ohřeje expanzí zchladlou páru, čímž zvětší její objem.

Využití v praxi:

Parní turbína je využívána především v energetice pro pohon alternátorů (tepelná elektrárna, jaderná elektrárna), se kterým bývá mechanicky spojena společným hřídelem. Parní turbína se ale užívá i jako lodní pohon (parník, bitevní loď, jaderná ponorka).

Spalovací motory

Popis jednotlivých motorů :

-         Zážehový motor

Je to spalovací motor u něhož je směs paliva a vzduchu zapálena (zažehnuta) elektronickou jiskrou, kterou obvykle vytvoří zapalovací svíčka. Liší se tím od vznětového motoru. Pro správnou funkci zážehových spalovacích motorů je důležitá odolnost paliva proti samovznícení, kterou udává oktanové číslo. Proti vznětovému motoru má však nižší účinnost. Dělí se na dvoudobý a čtyřdobý.

Dvoudobý: Je jednodušší konstrukce, pro jeho velké ztráty a poměrně neekologický provoz se dnes moc nevyužívá. Píst v první fázi jde dolů, v prostoru nad ním vzniká podtlak, pod ním dochází ke kompresi plynů. V jednom okamžiku se otevře přepouštěcí kanálek a dojde k vyrovnání tlaku, ale část plynů kvůli špatné konstrukci uniká výfukem.

Píst se již dostává do dolní úvratě a potom, hned jak začne stoupat vzhůru se komprese plynu, která začala v dolní části motoru, přesune do jeho horní část. Dole opět dochází k podtlaku. Podtlak, který je v dolní části motoru, nasaje nový vzduch s palivem. Těsně před tím, než se píst dostane do horní úvrati, se zkomprimované plyny vznítí a teplem získaným touto reakcí zvětší svůj objem a cyklus se opakuje.

Čtyřdobý: Pracovní část tvoří prostor mezi hlavou válce a pístem. Plyny vzniklé hořením paliva pohánějí píst. Píst se pohybuje ve válci přímočarým vratným pohybem, který je pomocí klkového mechanizmu (píst, ojnice, klika) převeden na rotační pohyb. Sání a výfuk je řízen sacím a výfukovým ventilem, které jsou ovládány vačkami. Vačky jsou umístěny na vačkovém hřídeli, který je poháněný převodem z klikového hřídele. Do válce se nasaje směs vzduchu a paliva, směs se stlačí, tím roste tlak a teplota. Krátce před horní úvratí dojde k zažehnutí elektrickou jiskrou. Směs hoří a rozpínají se zplodiny, které stlačí píst dolů – je to jediná fáze, kdy píst koná práci. Z válce jsou pak vyfouknuty spaliny. Pracovní prostor se vyprázdní, aby se oběh mohl opakovat.

Využití v praxi:

Především pro osobní auta, malé motocykly, pily a křovinořezy. Má nižší výkon než je pro tuto dobu požadované a proto se používá už méně v automobilech, ale více v motorových pilách apod.

-         Vznětový motor

Tento motor bývá z pravidla čtyřdobý. Svojí konstrukcí se podobá zážehovému motoru čtyřdobému, nemá ale zapalovací svíčku ani karburátor, ale vstřikovací čerpadlo. Konstrukce tohoto motoru je masivní, protože odolává velkým tlakům. Proto je také při stejném objemu těžší než motor zážehový a to omezuje jeho použití.

Palivo prohořívá volněji, spaluje se dokonaleji a tím dosahuje vznětový motor vyšší účinnosti. Celkem to je až 40%.

Popis čtyřdobého motoru:

První fáze je nasání čistého filtrovaného vzduchu, potom je to stlačení tzv. komprese. Oba ventily jsou uzavřeny. Píst se pohybuje nahoru a prudce stlačuje plyn. Vzduch se při tom zahřeje asi na teplotu 600°C. Blíží-li se píst do horní úvrati, vstříkne vysokotlaké čerpadlo tryskou naftu do horkého vzduchu.Rozpínání (expanze). Oba ventily jsou uzavřeny. Palivo se vznítí a postupně shoří, plyny stlačí píst dolů. Tento zdvih je pracovní.Výfuk. Výfukový ventil se otevírá. Píst při pohybu vzhůru vytlačuje spálené plyny.

Využití v praxi:

Je vhodný pro těžké dopravní stroje jako jsou nákladní auta, větší dodávky, dále to jsou i lokomotivy a osobní automobily.

-         Proudový motor

Využívají se především v letectví, bez využití vrtule, kde znamenaly veliký pokrok ve vývoji. Při stejné hmotnosti a rychlosti poskytuje více než dvojnásobný výkon proti motorům pístovým. Nejlepší účinnosti dosahuje v rychlostech blížících se rychlosti zvuku a v řídkém ovzduší ve vysokých výškách. Nejjednodušší proudové motory fungují na principu akce a reakce. Vypouštějí horké spaliny ze zadní části motoru. Tam narazí do vzduchu takovou rychlostí, že následná reakce letadlo pohání vřed, jako když vypouštíte vzduch z balónku. Každou sekundu nasává dmychadlo více než jednu tunu vzduchu do vstupu, ale jen malá část z něho přijde do vlastního motoru, zbytek pak proudí přes vnitřní obal motoru a obklopuje horký a rychle pohybující se plyn v centrálním motoru. Dmychadlo je ohromný ventilátor, který má více než padesát pečlivě tvarovaných lopatek. Konce lopatek se při otáčení pohybují tak rychle, že musí být vyrobeny ze zpevněné slitiny titanu. Proud vzduchu, který takto nabíhá čelním otvorem do motoru je stlačován lopatkovým kompresorem. Ten stlačuje vstupující vzduch na vysoký tlak.
Stlačený vzduch pak proudí do spalovací komory, kde se prudce zahřívá a rozpíná se do prostoru. A zde dochází k tomu, že palivo se vstřikuje do stlačeného vzduchu v této speciální komoře sestrojené ze žáruvzdorného materiálu. Palivo a vzduch hoří způsobem plynulého a řízeného „pomalého výbuchu“. Reakce vylétajícího proudu žhavých plynů způsobuje tah motoru a žhavým plynům stojí v cestě jen běžné kolo turbíny ze žáruvzdorného materiálu, jejíž lopatky jsou roztáčeny plyny vycházejícími ze spalovací komory. Lopatková kola turbín pohánějí hlavní hřídel s dmychadlem a hnací hřídele kompresorů. Rozpálené plyny pak velikou rychlostí proudí ze zadní trysky motoru.

Využití v praxi:

Tento tip motoru se využívá především v letadlech, jeho síla a schopnost vyzdvihnout letadlo o několika tunách je pozoruhodná. Pracuje na princip výkonu, který je u letadel požadován. Jeho použití ale neskončilo u letadel ale pokračuje i k proudovým stíhačkám. Jeho výkon je pro tyto stroje přímo stvořen.

-         Raketový motor

Pracuje na principu akce a reakce. Na rozdíl od ostatních reaktivních motorů, není závislý na atmosférickém kyslíku a tak je schopen se pohybovat mimo atmosféru. Navíc může být pohánět tuhými a kapalnými palivy.

Motor poháněný tuhými palivy je jednodušší. Je tvořen spalovací komorou a hnací tryskou. Skoro celá spalovací komora je naplněna palivem nebo směsí paliva a okysličovadla, které postupně odhořívá. Tento typ je velice spolehlivý, protože nemá žádné pohyblivé části. Nemá možnost opakovaného zažehnutí a jeho výkon se dá regulovat jen velmi omezeně, proto se nejvíce používají pro neřízené i řízené střely a pomocné rakety, které např. zkracují vzlet letadel.

Motor na kapalné palivo je výkonnější, účinnější, ale také složitější. Je obvykle napájen ze dvou nádrží. V jedné je palivo a ve druhé okysličovadlo. Palivo je s okysličovadlem do spalovací komory vháněno buď pomocí čerpadel nebo pouze tlakem interního plynu. Čerpadlo může být poháněno například parní turbínou, pro kterou se pára vyrábí rozkladem peroxidem vodíku a manganistanu draselného. U motoru na kapalné palivo je výstupní tryska vysoce tepelně namáhána a proto je vyložena např. grafitem. Komora motoru i tryska bývají také často chlazeny vstupujícím palivem. Tyto motory se používají pro pokusná letadla a veliké rakety o hmotnosti několika tun.

Existují také hybridní raketové motory, které oba principy kombinují. Příkladem může být motor z pokusného letounu SpaceShipOne, který má komoru vyplněnou tuhou hořlavinou a kapalné okysličovadlo je dodáváno z oddělené nádrže.

Pohonná látka a okysličovadlo se turbo-čerpadly dopravují do spalovací komory raketového motoru, tam se smíchají, shoří a vniklé plyny jsou dopravovány do expanzní trysky, kde mnohonásobně zvětší svůj objem (tzv. expandují) a poté opustí trysku. Vše se děje při obrovské rychlosti (vezmeme-li v úvahu jeden hlavní motor amerického raketoplánu, tak ten za jednu sekundu spálí 468 kg pohonných látek - na raketoplánu běží současně tři a přes to tvoří jen dvacet procent nutného tahu pro vzlet! Energie vyvolaná těmito motory je tedy přímo nepředstavitelná…).

Využití v praxi:

Využívá se především v raketách a to z toho důvodu, že je nezávislý na atmosférickém kyslíku může se s ním létat mimo zemi.

 

Komentáře

Přidat komentář

Přehled komentářů

přesne tohle sem potřeboval (:

(Sikra, 5. 1. 2011 19:38)

( \
\ \
___| \
(___) \-----
(___) parádní referát ^^
(___)
(___)_ -------