Soojusmasinate arengu ajalugu. (0)

55
Soojusmasinate arengu ajalugu
SISUKORD

• AURUMASIN ________________________________ 3 - 5
  

• Mis on aurumasinja kuidas aurumasin töötab? ___ 3
  
• Aurumasina ajalugu _________________________ 4
  
• Rakendused _______________________________ 5
  

• SISEPÕLEMISMOOTOR ________________________ 6 - 8
  

• Mis on sisepõlemismootor ja kuidas see töötab? 6, 7
  
• Sisepõlemismootori ajalugu __________________ 7
  
• Rakendused _______________________________ 8
  

• REAKTIIVMOOTOR __________________________ 8 - 10
  

• Mis on reaktiivmootor? ______________________ 8
  
• Rakendused _______________________________ 9
  
• Ohutus ja töökindlus _____________________ 9, 10
  

Mis on aurumasin?
Aurumasin on soojusmootor , mis teeb mehaanilist tööd, kasutades auru oma töö vedelikuna. Aurumasinad on tavaliselt välised sisepõlemismootorid, kuigi teiste väliste soojusallikate energiat võidakse ka kasutada, nagu näiteks päikeseenergiat, tuumaenergiat või geotermilise energiat. Soojuse tsükkel on tuntud kui Rankine ’i tsükkel.
Üldkasutuses mõiste „aurumasin“ võib viidata integreeritud aurumasinatele, näiteks raudtee auru veduritele, või võib viidata masinale üksinda, nagu näiteks kiirmootor või statsionaarne aurumasin. Spetsiaalsed seadmed, nagu auru vasarad ja auru vaiarammid sõltuvad aurust mis tarnitakse eraldi katlast.
Aurumasina töö.
Tsükli moodustavad kaks isobaari -katla rõhul toimuv paisumine ja kondensori rõhul (ligikaudu välisrõhk) toimuv "kokkusurumine", mis tegelikult tähendab ruumala vähendamist auru välja juhtimise teel. Lõigatud nurk vastab pärast sisselaskesiibri sulgumist ja enne väljalaskeklapi avanemist toimuvale adiabaatilisele paisumisele.
Kasutegur sõltub katla rõhust; algul oli see suhteliselt madal (alla 2 atm., temperatuur 390K); hiljem tõsteti rõhku kuni 10 atmosfäärini. Sellele vaatamata jääb aurumasina kasutegur 10% piiridesse .
Aurumasina ajalugu.
Aurumasina ajalugu ulatub tagasi esimesele sajandile pKr; esimene teadaolev algeline aurumasin on Hero Aleksandria poolt kirjeldatud aeolipile. Aeolipile on raketi stiilis reaktiivmootor mis keerleb kuumutamisel. Järgnevatel sajanditel sai tuntuks algeline auruturbiin seade, kirjeldatud Taqi Al-Din'i poolt aastal 1551 ja Giovanni Branca poolt aastal 1692, mis demonstreeris auru omadusi.
Esimene praktiline auru jõul „mootor“ oli veepump , arendatud 1698 Thomas Savery poolt.
Sellel osutus olema piiratud tõstekõrgus ja oli aldis katla plahvatustega, kuid siiski sai see
masin tööd mõningates kaevandustes ja pumbajaamades.
Esimene äriliselt edukas mootor ei ilmunud ennem 1712 . aastat. Kasutatud tehnoloogiaid avastasid Savery ja Denis papin, atmosfääri mootor, leiutatud Thomas Newcomeni poolt, sillutas teed industriaalrevolutsiooni poole. Newcomen’i mootor oli suhteliselt ebaefektiivne ja leidis kasutust vaid vee pumpamisel. Pemiselt kasutati seda kaevandustest vee välja juhtimiseks sügavustest kust see seni oli võimatu.
Järgmine suur samm saabus, kui James Watt lõi parandatud versiooni Newcomen'i mootorist. Watt'i mootor kasutas 75% vähem süsi kui Newcomen'i oma ja seda oli odavam jooksutada. Watt jätkas oma mootori arendamist, muutes selle tööstusmasinate jaoks sobivaks . See andis tehastele võimaluse paikneda ümber jõgede äärest, ning arendada industriaalrevolutsiooni kiirust. Newcomen'i ja Watt'i varajased mootorid olid "atmosfäärilised", mis tähendab et need olid energiaga varustatud vaakumi poolt tekitatud kondenseerunud aruga, mitte laienenud auru survega. Silindrid pidi olema suured, kuna ainus kasutatav jõud nende suunas oli õhurõhk. Auru kasutati ainult selleks, et kolb saaks liikuda tagasi algasendisse.
Umbes 1800. aastal võttis Richard Trevithick kasutusele mootori mis kasutas kõrgsurve auru. Need olid palju võimsamad kui eelmised mootorid, ning piisavalt väikesed transpordialaste rakenduste jaoks.
Aurumasinad jäid valitsevateks jõuallikateks kuni 20. sajandini, mil areng elektrimootorites ja sisepõlemismootorites paranes .
Rakendused.
Alates 18. sajandi algusest, on auru jõud leidnud kasutust erinevatel praktilistel kasutusaladel. Alguses kasutati auru pumpades, aga alates 1780. aastatest hakkasid tekkima väntmehhanismiga mootorid mida kasutati tööstusmasinates. 19. sajandi lõpuks tekkis nii maismaal kui merel aurutransport, ning sajandi arenedes muutus see üha domineerivamaks.
Arumasinad, võib öelda, on olnud industriaalrevolutsiooni liikuvaks jõuks, ning olnud ülemaailmseks kommertskasutuseks tehastes ja veskites, pumbajaamades ja transpordivahendites, nagu näiteks rongid , laevad ja autod. Nende kasutus põllunduses on suurendanud maa viljakust.
Aurumasinad võime liigitada nende rakenduste järgi.

• Paiksed rakendused.
  

Statsionaarsed aurumootorid võime jagada kahte peamiseks tüübiks:

• Tuule mootorid, valtspingi mootorid, „auru-eeslid“, laevamootorid ja sarnased mootorid, mida on vaja pidevalt käivitada ja seisata.
  
• Mootorid mis harva seiskuvad, ning mis ei pea tagurdama . Nende hulka kuuluvad mootorid mida kasutatakse soojuselektrijaamades ja mida kasutati pumbajaamades, veskites, tehastes ja kaabel raudteel ja kaabel trammidel ennem laialdast elektri kasutamist.
  

„Auru- eesel “ on mõeldud kasutamiseks metsaraies, ning see suudab end ise uude asukohta tõmmata. Võttes tagatiseks vintsi kaabli, leiab masin endale vastupidava puu, milleni liigub ta niikaua kuni kaabel on tagasi sisse keritud.
Kaasaskantavat mootorit on võimalik liigutada töökohast teise töökohta kas siis hobuse abil või mõne teise mootori abil.

• Transportlikud rakendused
  

Aurumasinaid on kasutatud paljudel transpordivahendil energiaallikana.

• Merendus: Aurupaat, aurulaev
  
• Raudtee: Auruvedur
  
• Põllumajandus: Aurutraktor
  
• Maantee : Auruvagun, aurubuss, auru-kolmerattaline, auruauto
  
• Ehitus: Aururull, ekskavaator
  
• Sõjaline: Aurutank(jälgimine e. paigal), aurutank( ratastel )
  
• Kosmos: Aururakett
  

Mis on sisepõlemismootor?
Sisepõlemismootor on jõumasin, mis muundab vedel- või gaasikütuse põlemisest saadud energia, mehaanilseks energiaks. Põlemise tagajärjel paisunud gaaside energia kantakse üle kolvile, mis omakorda hakkab liikuma ning kannab kepsu kaudu jõu üle väntvõllile. Viimane hakkab pöörlema ning seda pöörlemist saab rakendada erinevate mehhanismide käitamiseks. Eksisteerib kahte liiki sisepõlemismootoreid: Neljataktilised ja kahetaktilised. Tänapäeval on enamlevinud neljataktilised sisepõlemismootorid, mis on suurema kasuteguriga, võimsamad, keskkonnasõbralikumad ning vaiksemad .
Kuidas töötab sisepõlemismootor?
Neljataktiline sisepõlemismootor on tänapäeval kõige levinum jõuallikas sõidukitele ja statsionaarsetele seadmetele.
Neljataktilise sisepõlemismootori tööpõhimõte seisneb kütuse põlemisel saadava energia muutmises mehaaniliseks energiaks.

• Neljataktiline sisepõlemismootor
  

• Sisselasketakt. Takti alguses avaneb sisselaskeklapp. Väljalaskeklapp on suletud. Kolb liigub silindris alla, tekitades hõrenduse. Sellega imetakse silindrisse sisselaskeklapi kaudu värske küttesegu (diiselmootoris õhk). Takt lõpeb, kui kolb on jõudnud alumisse surnud seisu.
  
• Survetakt. Sulgub sisselaskeklapp. Kolb hakkab liikuma üles, surudes silindris küttesegu (diiselmootoris õhku) kokku. Veidi enne, kui kolb jõuab ülemisse surnud seisu, tekitab süüteküünal sädeme, mis süütab kokkusurutud küttesegu. Diiselmootoril pritsitakse sel hetkel silindrisse kütus, mis süttib kõrge rõhu alla kokku surutud ning seetõttu kuumenenud õhuga kokkupuutumise tõttu.
  
• Töötakt. Põlema süttinud kütusest tekivad gaasid paisuvad kiiresti, tekitades kõrge rõhu, ja suruvad kolvi alla. Kolb annab selle surve kepsu kaudu edasi väntvõllile, andes sellele pöörlemiseks hoogu.
  
• Väljalasketakt. Kui kolb jõuab alumisse surnud seisu, avaneb väljalaskeklapp. Kolb hakkab liikuma üles, surudes põlemisgaasid läbi väljalaskeklapi välja. Kui kolb jõuab uuesti ülemisse surnud seisu, algab jälle 1. takt.
  

Neljataktilist mootorit käivitatakse tavaliselt käivitiga, mis paneb mootori väntvõlli pöörlema kuni mootori käivitumiseni. Seejärel tagab mootori sujuva töö väntvõllile kinnitatud hooratas , mille ülesanne on leevendada töötakti ajal tekkivat järsku jõumomenti ning sisselaseke- ja survetaktis anda kolvile liikumisenergiat.
Neljataktilist sisepõlemismootorit nimetatakse ka ottomootoriks selle leiutaja Nokolaus August Otto järgi.
Sisepõlemismootori ajalugu.
Mitmed teadlased ja insenerid on aidanud kaasa sisepõlemismootori arengule.

• 1509: Leonardi da Vinci kirjeldatud survetu mootor
  
• 1673 : Christian Huygens’i kirjeldatud survetu mootor
  
• 17. sajandi inglise leiutaja Sir Samuel Morland kasutas püssirohtu, et juhtida veepumpe, sisuliselt luuakse esialgne sisepõlemis-kolbmootor.
  
• 1780-nendatel ehitas Alessandro Volta mängu elektripüstoli, mille säde plahvatas õhu ja vesiniku segus, põletades relva lõpus oleva korgi.
  
• 1823: Samuel Brown pantenteeris esimese sisepõlemismootori mis kohaldati tööstlikult.
  
• 1824: Prantsuse füüsiku Sadi Carnot kehtestas termodünaamilise teooria idealiseeritud soojusjõumasinates.
  
• 1870: Viinis, Siegfried Marcus pani esimese mobiilse bensiinimootori käiku.
  
• 1882: James Atkinson leiutas Atkinsoni tsükli mootori.
  
• 1885: Saksa insener Gottlieb Daimler sai saksa patendi ülelaadurile.
  
• 1891: Herbert Akroyd Stuart ehitas oma õlimootori, liisingi õigused Hornsby’l, Inglismaal, õigus neid ehitada.
  
• 1892: Dr. Rudolf Diesel arendas oma Carnot soojusmootori tüüpi mootori.
  
• 1893: Rudolf Diesel sai patendi diiselmootorile.
  
• 1896: Karl Benz leiutas boxermootori.
  
• 1903 – 1906: Meeskonnad Armengaud ja Lemale ehitavad Prantsusmaal täiusliku gaasturbiinimootori.
  
• 1910 : Henri Coanda ehitab ja sõida maailma esimese turboreaktiivmootoriga õhusõidukiga, Coanda-1910.
  
• 1926: Robert Goddard käivitab esimese vedelal kütusel töötava raketi.
  
• 1942: Messerschmitt Me 262 esimene reaktiivmootoriga lend.
  
• 2004: Toyota Motor Corp põrub patendikaitses
  

Rakendused.
Sisepõlemismootorid on kõige sagedamini kasutatud moobiilse jõudlusega sõidukites ja portatiivsetes masinates. Moobiilsetes seadeldistes on sisepõlemismootor kasulik sest see suudab anda suure võimsuse ja massi suhte koos hea kütuse energia tihedusega. Tavaliselt kasutatakse fossiilkütust (peamiselt nafta ), need mootorid on ilmunud peaaegu kõikides transpordivahendites (autod, rekkad, mootorrattad, paadid , ja laias ulakus lennukites ja rongides). Sisepõlemismootor on esitatud gaasiturbiini kujul kui on vajalik väga suur võimsus, nagu reaktiivlennukites ja helikopterites, suurtes laevades.
Mis on reaktiivmootor?
Reaktiivmootor on reaktsiooni mootor mis eemaldab kiirelt liikuva reaktiivlennuki vedelikust, et moodustada tõukejõudu kooskõlas Newton 'i seaduste alusel. See lai määratlus reaktiivmootoreid sisaldab turboreaktiivmootoreid, rakette ja paljuid teisi mootoreid. Enamik reaktiivmootoreid on sisepõlemismootorid, kuid eksisteerib ka mitte põleval kujul mootoreid.
Mõnes kõnepruugis tõlgendatakse terminit "reaktiivmootor" kui sisepõlemiskanalmootor, mis tüüpiliselt koosneb mootorist millel on pöörlev õhukompressor mis saab energia turbiinist ("Barytoni tsükkel"). Seda tüüpi mootoreid kasutatakse peamiselt reaktiivlennukitega pika maa lendamiseks. Varajased reaktiivlennukid kasutasid turboreaktiivmootoreid, kuid need olid küllalti ebaefektiivsed allahelikiirusega lendamisel. Kaasaegsed allahelikiirusel lendavad reaktiivlennukid omavad turboventilaatormootoreid mis annavad suurel kiirusel, ja ka pikal vahemaal, reisides parema kütusesäästlikuse kui paljud teised transpordiliigid .
Umbes 7,2% õli, mis kasutati aastal 2004, oli tarbitud reaktiivmootorite poolt. 2007. Aastal oli reaktiivkütuse keskmine maksumus 26.5% kogu tegevuskuludest, mistõttu on see suurim üksinda opereeriv kulu lennufirmale.
Rakendused.
Reaktiivmootoreid kasutatakse tavaliselt õhusõidukite mootoritena reaktiivlennukites. Neid kasutatakse ka tiibrakettide ja mehitamata lennukite mootoritena.
Rakettmootorite kujul kasutatakse neid ka ilutulestikus, mudel raketinduses ja kosmoselendudes ning sõjaväerakettides.
Reaktiivmootoreid on kasutatud ka autodes, eriti kiirendusautodes, mille rekordit hoiab rakett auto. Turboventilaatormootoriga auto ThrustSSC hoiab praegu maa-kiiruse rekordit.
Reaktiivmootori disainilahendusi muudetakse tihti, et muuda need gaasturbiinmootoriteks, mis on kasutusel paljudes tööstuslikes rakendustes. Nende hulgas elektri tootmine, vee käitamine, maagaasi või õlipumbad, ja laevad ning vedurid. Industriaalgaasiturbiin suudab luua kuni 50.000 võlli hobujõudu. Paljud neist mootoritest on pärit vanematest sõjalistest turbomootoritest nagu näiteks Pratt & Whitney J57 ja J75 mudelid. On olemas ka derivatii P&W JT8D madala turboventilaatormootoriga, mis tekitab kuni 35.000 hobujõudu.
Ohutus ja töökindlus.
Reaktiivmootorid on tavaliselt väga usaldusväärsed ja hea liiklusohutuse näitajaga. Kuigi, vahel esineb ka ebaõnnestumisi.

• Kompressori tera ohjeldamine
  

Kõige suurem tõenäosus ebaõnnestumiseks, on kompressori labade ebaõnnestumine, kaasaegsed reaktiivlennukid on disainitud struktuuriga mis suudab neid labasid kinni hoida. Reaktiivlennuki mootori disaini kontollimine hõlmab süsteemi testimist.

• Kokkupõrge linnuga
  

See on üldine oht lennunduse turvalisusele ning on põhjustanud mitmeid surmaga lõppenud õnnetusi. Aastal 1988, Boeing 737 imes mõlemasse mootorisse tõusu ajal sisse tuvid , peale seda üritas tagasi pöörduda Bahir Dar lennujama , kuid ebaõnnestus; 104 inimest pardal, 35 said surma ja 21 vigastada. Teises intsitendis, aastal 1995. Hädamaandumist teinud Dassault Falcon 20 kukkus Pariisi lennujamal alla peale seda kui mootod kiivitajad sisse imes; kõik 10 inimest pardal said surma. Aastal 2009 imes US Airways'i lend 1549, Airbus A320 lennuk, igasse mootorisse ühe linnu. Lennuk maandus Hudsoni jõkke pärast "take off'i" LaGuardia rahvusvahelisest lennujaamast, New York 'ist. Ei olnud ühtegi surmajuhtumit.
Kaasaegsed reaktiivmootorid suudavad üle elada kokkupõrke linnuga. Kõrgema riski all on väiksed kiired lennukid , nagu näiteks sõjaväelennukid, kui suured kommertslennukit.