Šiluminiai varikliai

[pic]

Šiluminiu varikliu vadinama mašina, kurioje vidinė energija paverčiama

mechanine.

Populiariausi šiluminiai varikliai yra garo mašinos, garo ir dujų

turbinos, vidaus degimo varikliai, reaktyvieji varikliai.

Vidaus degimo varikliai vartoja sprogtančių dujų plėtimosi jėgą.

Stipriai suslėgtas dujų -oro mišinys sprogsta užsidegdamas pats ar uždegtas

iš šalies. Degimo kameroje (cilindre) aukštyn ir žemyn juda dujoms sandarus

stūmoklis. Vertikalus jo stūminio judesys švaistik-

liu perduodamas alkūniniam velenui ir taip paverčiamas sukamuoju.

Sprogstantis dujų mi-

šinys benzinu varomiems varikliams paruošiamas karbiuratoriuje ir, uždegtas

elektrinės uždegimo žvakės kibirkšties, sprogsta. Mišinys bei sudegusios

dujos savaime įįleidžiamos ir atitinkamai išleidžiamos per vožtuvus, pagal

stūmoklio padėtį. Vožtuvus valdo variklio va-

romas paskirstymo velenas per strypus (stūmiklius) ir kėliklius

(kumštelius).

Pagal darbo būdą degimo varikliai skirstomi į dviejų ir keturių taktų.

Dvitakčiai varikliai dažnai varo motorinius dviračius, mopedus,

motociklus, žoliapjovės ir siurbliai.

Dvitaktis variklis yra paprastesnis, mažesnis , ir todėl pigesnius

keturtaktis. Nėra vožtuvų ir komplikuoto paskirstymo veleno valdymo.

Mišinys įleidžiamas ir išleidžiamas kanalais. Trečiasis, ventiliacijos,

kanalais jungia cilindrą su alkūninio veleno kamera – karteriu, kad

pastarajame dujų – oro mišinys susislėgtų su įtrauktomis dujomis. Visus

tris kkanalus atidaro ir uždaro stūmoklis.Dvitakčiame variklyje į du taktus

suspausti 4 taktai. Kadangi dvitakčių variklių kiekvienas antras taktas yra

darbinis, jie labai tinka naudoti kaip viencilindriai.

Pirmąjį ekonomišką keturtaktį variklį sukūrė N. Otas 1877

metais.Veikimo eiga susideda iš keturių vienas po kito einačių pprocesų :

Įsiubimas – suslėgimas – sudegimas – išmetimas .

Šuolaikiniai keturtakčiai varikliai turi mažiausiai 4 cilindrus. Jų

stūmokliai jėgą perduoda tam pačiam alkūniniam velenui.Kuo daugiau

stūmoklių veikia alkūninį veleną, tuo lygiau dirba variklis.

Kad pakiltų vandens temperatūra, reikia tiekti šilumą. Esant normaliam

slėgiui, vanduo užverda apie 100 oC temperatūroje. Toliau tiekiant

energiją,vandens temperatūra jokiu būdu nepakyla. Ji reikalimga vandeniui

paversti garais (pakeisti medžiagos būsena). Taip esant, pavyzdžiui,

normaliam oro slėgiui, iš 1 m3 susidaro 1700 m3 garų. Jei garui neatsiras

tokios talpos, jį supančio indo sienas veiks aukštas slėgis. Susidarys

aukšto slėgio garas, galintis atlikti darbą.

Šį fizikos dėsnį, gaminant pirmąją garo mašiną, taikė 1690 m. D.

Papenas ir 1703 m. T. Niūkomenas.

Tokios mašinos pavadintos atmosferinėmis garo jos buvo tikrai didelės

ir sunkios, o jų galia labai maža. Tiktai ppo ilgų tyrinėjimų 1869 m. anglas

Dž. Vatas išrado pirmąją ekonimiškesnę garo mašiną. Šis jo revoliucinis

išradimas pagrįstas 2 dalykais :

1. Stūmoklio judėjimas pirmyn ir atgal skriejiko – švaistiklio pavarą

paverčia sukamuoju judesiu.

2. Kad stūmoklis greičiau sugrįžtų, garas padudamas į kitą jo pusę .

Garo mašinos pirmiausia buvo naudojamos stacionariai (vienoje vietoje).

1830 m. anglas Stefensonas sukūrė pirmajį galingą garo lokomotyvą. Jis

veikia tokiu pat būdu kaip ir stacionari garo mašina.

Visoms darbo mašinoms varyti techniškai geriau ir ekonomiškiau yra

nenutrūksta –

mas sukamasis jjudesys. Ilgas aplinkelis per stūmoklius ir skriejiko pavarą

iki sukamojo judesio lemia mažą garo mašinos naudingumo koeficientą.

Vandens turbinose šių trūkumų jau išvengiama. Beliko paduoti suslėgtą garą

į turbinos sparnuotę. Pagrindinė problema ta, kad ji per greitai

įsisukdavo. Tiktai 1880 m. buvo pasiūlytas techniškai išbaigtas modelis.

Nuspręsta, kad cirkuliujančio garo energiją reikia paskirstyti ne į vieną,

o į kelias, viena po kitos esančias mentines spanuotes. Toks išdėstymas

pagal išradėjo vardą vadinamas Kurčio ratu. Garas sverbiasi pro siauras,

skverbimosi krypčiai įstrižas judančių sparnuočių mentes ir jas suka. Jeigu

reikia, tarp dviejų sparnuočių įstatoma nejudanti sparnuotė su

kreipiančiosiomis mentėmis, Nukreipianti garą optimaliausia kryptimi į

tolesnę sparnuotę.

Dyzelio variklį 1892m. užpatentavo R. Dyzelis. Veikimo eiga

cilindruose tokia pati kaip keturtakčio variklio. Tačiau yra didelių

skirtumų. Dyzelio variklis :

1) neturi žvakių ;

2) nereikia maišyti mišinio, todėl nereikalingas karbiuratorius ;

3) turi aukšto slėgio įpurškimo siurblį;

Dyzelio variklyje įsiurbiamas švarus oras ir per suslėgimo taktą

suslegiamas iki 1/20

maksimalaus tūrio dalies. Todėl įsiurbtas oras įkaista iki 500 – 800 oC.

Į šį įkaitusį orą aukšto slėgio siurblys įpurškia dyzeliną, kuris

tuoj pat sprogstamai

sudega (savaiminis užsidegimas).

Dėl didelio slėgio Dyzelio varikliai gaminami stabilesni ir sunkesni

negu vidaus degimo varikliai. Todėl jų ilgesnis amžius, jie santykinai

ekonomiškesni, bet kur kas brangesni. Dėl dydžio ir didžiulės masės

dažniausiai įtaisomi sunkvežimiuose, autobusuose, lokomotyvuo –

se iir laivuose, kartais ir lengvuosiuose automobiliuose.

Lietuvoje yra virš milijono sausumos autotransporto priemonių, kurių

bendra galia siekia 50 mln. kW. Tai beveik 10 kartų daugiau nei šiuo metu

neuždarius Ignalinos AE instaliuota visų Lietuvos elektrinių šiluminė

galia. Oro tarša dėl nepastovaus autotransporto variklių darbo režimo

žymiai didesnė, nei pastoviu režimu dirbant visoms šiluminėms elektrinėms

bei katilinėms.

Spartus transporto priemonių ir atmosferos užterštumo didėjimas

visame pasaulyje, naftos kuro atsargų mažėjimas (JAV savų išteklių turi tik

8 metams – 5 mlrd. tonų, o visame pasaulyje vidutiniškai užteks tik 50

metų), verčia ypač susirūpinti transporto energetikos problemomis ir

Lietuvoje, išnagrinėjant esamas ir nau-jausias alternatyvias kuro rūšis bei

atsinaujinančius energijos šaltinius. Išanalizavus daugelį galimų

alternatyvių kuro rūšių: vietinio biokuro, saulės energijos, vandenilio,

kuro elementų, hibridinių automobilių (elekt-rinių ir šiluminių variklių

kartu) perspektyvas nustatyta, kad optimali ir ekologiškiausia Lietuvos

transportui po 20-25 metų bus elektros energija. Alternatyvus kuras

Lietuvoje gali patenkinti tik 10-15% reikiamos energijos kiekio. Todėl

trūkstamą visą kiekį galima bus pagaminti tik pastačius Lietuvoje vietoje

uždaromų Ignalinos AE naujus saugius atominius energoblokus. Tolimesnėje

perspektyvoje Lietuvos modernaus trans-porto energetikos maksimalioms

reikmėms patenkinti reikės rimtai galvoti apie saugiai valdomą

termobranduolinę energetiką. Tai numatyta ir JAV energetikos perspektyvoje,

kuomet 2050 metais iki 50% elektros energijos realiai gamins nepavojingi

termobranduolinės sintezės reaktoriai.

Žemę gaubia atmosfera, kuri sulaiko šilumą. Šis procesas vadinamas

šiltnamio reiškiniu, ir jis vyksta natūraliai. Tačiau daugelis mokslininkų

mano, kkad žemė dabar vis labiau šyla.

Dauguma šiltnamio efektą sukeliančių dujų susidaro gamtoje

vykstant natūraliems procesams, bet dabar ore jų yra per daug. Degdamas

kuras ir pramonės atliekos išskiria anglies dvideginį. Jį sugeria augalai,

bet dabar daug medžių iškertama, todėl anglies dvideginio suvartojama daug

mažiau.

Šiltnamio efektą sukeliančioms dujoms priklauso: anglies

dvideginis, freonai (halogenalkanai), azoto suboksidas ir metanas. Nuo jų

didėja atmosferos geba sulaikyti šilumą ir kyla temperatūra. Jei

temperatūra Žemėje pakils per daug, pasikeis orai ir klimatas; tai pakenks

augalams ir gyvūnams. Ašigalių ledynai ims tirpti, pakils jūrų lygis,

vanduo užlies sausumą. Jeigu šiandieninis atšilimas tęsis toliau ir jūros

gelmių temperatūra pasieks slenkstį, ties kuriuo pradeda tirpti ledo

hidratai, į orą išsiskirs dideli metano kiekiai ir atšilimas dar sustiprės.

Vandenynų dugne ir amžino įšalo zonoje esančiuose ledo

hidratuose yra sukaupti didžiuliai metano – šiltnamio efektą sukeliančių

dujų – kiekiai. Bendras tuose angliavandeniliuose esančios anglies kiekis

yra vertinamas 10 000 gigatonų (106), dukart daugiau nei yra visame Žemėje

esančiame organiniame kure ir nepalyginamai daugiau už 750 gigatonų

anglies, kuri yra atmosferoje esančiame anglies dvideginyje. Jei lėtai

kylanti jūros vandens temperatūra paskatintų milžiniškų metano kiekių iš

dugne esančių klodų išsiskyrimą, tai smarkiai sustiprintų šiltnamio efektą

ir visuotinis atšilimas dar paspartėtų (taip jau buvo prieš 55 mln. metų).

Azoto suboksidas susidaro katilų ir pramoninių krosnių aukštos

temperatūros degimo fakeluose, transporto priemonių varikliuose.

Jis taip

pat išsiskiria iš azoto trąšomis tręštų dirvų.

Anglies monoksidas arba smalkės – tai bespalvės ir bekvapės

dujos, kurios susidaro degimo metu, kuomet nepilnai sudega kuras, kai

aplinkoje nepakanka deguonies. Smalkės yra labai kenksmingos sveikatai, nes

patekusios į organizmą sudaro labai patvarų junginį su hemoglobinu,

neleisdamos šiam prisijungti deguonies.Bei gali sukelti vėžį ir kitas

ligas, susijusias su žmogaus sveikata.