Τύποι θερμικών μηχανών

Η εφεύρεση της θερμικής μηχανής ήταν μια από τις επαναστατικές ανακαλύψεις των ανθρώπων. Μια θερμική μηχανή ακολουθεί τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο, ο οποίος δηλώνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, αλλά μπορεί να μετατραπεί από τη μια μορφή στην άλλη. Η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια σε μια θερμική μηχανή. Σήμερα, υπάρχουν διάφοροι τύποι θερμικών μηχανών στην καθημερινή μας ζωή, όπως αυτοκίνητα, κινητήρες πλοίων, σταθμοί θερμικής ενέργειας κ.λπ.

Τύποι θερμικών μηχανών

Οι θερμικές μηχανές ταξινομούνται κυρίως σε δύο τύπους με βάση την αρχή λειτουργίας τους.

• Μηχανή εσωτερικής καύσης (IC Engine)
• Μηχανή εξωτερικής καύσης (EC Engine)

Μηχανές εσωτερικής καύσης (κινητήρες IC)

Ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης ορίζεται ως ένας κινητήρας όπου η καύση καυσίμου λαμβάνει χώρα στον κινητήρα.

Αρχή

Η χημική ενέργεια παρέχεται με τη μορφή βενζίνης, ντίζελ ή αερίου. Αυτά τα καύσιμα καίγονται στον κύλινδρο, παράγοντας θερμική ενέργεια μέσα στο σύστημα. Αυτή η θερμότητα αργότερα μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια.

Πλεονεκτήματα των κινητήρων IC

• Αυτός ο τύπος θερμικής μηχανής έχει χαμηλό χρόνο εκκίνησης.
• Απαίρνει λίγο χώρο.
• Η αναλογία ισχύος προς βάρος είναι πολύ υψηλή.
• Είναι πολύ αποτελεσματικό.

Μειονεκτήματα των κινητήρων IC

• Δεν είναι ιδανικά για μαζική παραγωγή ενέργειας.
• Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο περιορισμένος αριθμός καυσίμων, όπως βενζίνη ή ντίζελ.
• Η ρύπανση των καυσαερίων είναι υψηλή.

Εφαρμογές:

• Αλυσοπρίονα
• Φορητές γεννήτριες
• Αεροσκάφος

Ταξινομήσεις κινητήρων εσωτερικής καύσης

Οι κινητήρες IC ταξινομούνται σύμφωνα με τους ακόλουθους παράγοντες: 

1. Με βάση τον αριθμό των χτυπημάτων:

• Μηχανές τετράχρονου κύκλου:Εδώ, πραγματοποιείται ένας πλήρης κύκλος ισχύος από το τετράχρονο του εμβόλου. Οι τέσσερις διαδρομές είναι αναρρόφηση, συμπίεση, ανάφλεξη και εξάτμιση.

• Μηχανές δίχρονου κύκλου:Σε έναν δίχρονο κινητήρα, πραγματοποιείται ένας πλήρης κύκλος ισχύος από το δίχρονο έμβολο όπου οι διαδρομές είναι ανοδικές και καθοδικές.

2. Με βάση τους θερμοδυναμικούς κύκλους εργασίας:

• Μηχανές κύκλου Otto:Οι κινητήρες, η προσθήκη θερμότητας και η απόρριψη συμβαίνουν σε σταθερό όγκο σε έναν κύκλο Otto. Παράδειγμα:οχήματα με βενζινοκινητήρες.
• Μηχανές κύκλου ντίζελ:Σε κινητήρες κύκλου ντίζελ, η προσθήκη θερμότητας γίνεται σε σταθερή πίεση και οι απορρίψεις θερμότητας γίνονται σε σταθερό όγκο. Επομένως, η καύση λαμβάνει χώρα υπό συνεχή πίεση. Παράδειγμα:οχήματα με κινητήρα ντίζελ, γεννήτριες ντίζελ.
• Μηχανές διπλού κύκλου:Σε κινητήρες διπλού κύκλου, η προσθήκη θερμότητας θα συμβεί εν μέρει σε σταθερό όγκο και σταθερή πίεση. Οι απορρίψεις θερμότητας πραγματοποιούνται με κανονική διαδικασία όγκου.

3. Με βάση το καύσιμο που χρησιμοποιείται:

• Μηχανές βενζίνης:Η βενζίνη χρησιμοποιείται ως καύσιμο για να λειτουργήσει ο κινητήρας, ενώ ένα μπουζί χρησιμοποιείται για τη διαδικασία ανάφλεξης για την παραγωγή ενός παλμού ισχύος.
• Μηχανές ντίζελ:Το ντίζελ χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε αυτούς τους τύπους θερμικών κινητήρων. Ο αέρας που συμπιέζεται κατά τη διάρκεια της διαδρομής συμπίεσης με ψεκασμένο ντίζελ χρησιμοποιείται για τη διαδικασία ανάφλεξης για την παραγωγή μιας διαδρομής ισχύος.
• Μηχανές αερίου:Αέρια όπως συμπιεσμένο φυσικό αέριο, βιοαέριο και υγραέριο χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτήσουν αυτούς τους κινητήρες.

4. Με βάση τον αριθμό των κυλίνδρων που χρησιμοποιούνται:

• Μονοκύλινδροι κινητήρες:Αυτός ο τύπος θερμικής μηχανής μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια σε ένα μονοκύλινδρο μηχάνημα.
• Πολυκύλινδροι κινητήρες:Σε έναν πολυκύλινδρο κινητήρα, πολλαπλοί κύλινδροι μετατρέπουν τη θερμική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, παράγεται περισσότερη ισχύς σε σύγκριση με έναν μονοκύλινδρο κινητήρα.

5. Με βάση τη διάταξη των κυλίνδρων:

• Μηχανές οριζόντιων κυλίνδρων:Εδώ, ο κύλινδρος είναι διατεταγμένος σε οριζόντια θέση. Γενικά, οι περισσότεροι μονοκύλινδροι κινητήρες είναι διατεταγμένοι σε οριζόντιες θέσεις.
• Μηχανές κάθετου κυλίνδρου:Ο κύλινδρος είναι διατεταγμένος σε κάθετη θέση.

6. Με βάση τις στροφές κινητήρα:

• Μηχανές χαμηλής ταχύτητας:Σε κινητήρα χαμηλής ταχύτητας, η ταχύτητα του στροφαλοφόρου άξονα είναι μικρότερη από 100 σ.α.λ.
• Μηχανές μεσαίας ταχύτητας:Σε αυτόν τον τύπο κινητήρα, το εύρος στροφών κυμαίνεται μεταξύ 100 και 250 σ.α.λ.
• Μηχανές υψηλής ταχύτητας:Εάν η ταχύτητα του κινητήρα είναι μεγαλύτερη από 250 σ.α.λ., είναι γνωστή ως κινητήρας υψηλής ταχύτητας.

7. Με βάση το σύστημα ψύξης που χρησιμοποιείται:

• Αερόψυκτοι κινητήρες:Σε αερόψυκτους κινητήρες, ο κύλινδρος ψύχεται με πτερύγια ή έλικες που διευκολύνουν τις λειτουργίες ψύξης.
• Υδροψυκτικοί κινητήρες:Εδώ, χρησιμοποιείται μια αντλία νερού για την προστασία των κινητήρων από υπερθέρμανση. Μια συσκευή αντλεί νερό από το ψυγείο.

Μηχανές εξωτερικής καύσης (Ec Engines)

Σε έναν κινητήρα εξωτερικής καύσης, η καύση του καυσίμου πραγματοποιείται έξω από τον κύλινδρο του κινητήρα.

Αρχή

Σε αυτόν τον τύπο θερμικής μηχανής, μια εξωτερική πηγή χρησιμοποιείται για τη θέρμανση ενός εσωτερικού ρευστού εργασίας. Λόγω της θερμότητας, το υγρό θα διασταλεί. Αυτή η επέκταση θα παράγει ισχύ μετακινώντας τον μηχανισμό των κινητήρων.

Πλεονεκτήματα των κινητήρων EC

• Παράγουν χαμηλή ρύπανση καυσαερίων.
• Προσφέρουν υψηλή ροπή εκκίνησης.
• Οι κινητήρες EC δημιουργούν λιγότερο λειτουργικό θόρυβο.
• Είναι ιδανικά για παραγωγή υψηλής ενέργειας.

Μειονεκτήματα των κινητήρων EC

• Οι κινητήρες EC χρειάζονται μεγάλο χώρο.
• Καταναλώνουν σημαντική ποσότητα λιπαντικών.
• Η υψηλή συνολική θερμοκρασία αυτής της θερμικής μηχανής απαιτεί περισσότερη φροντίδα και συντήρηση.

Εφαρμογές

• Πυρηνικοί σταθμοί και σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα
• Μηχανές θαλάσσης

Ταξινομήσεις Μηχανών Εξωτερικής Καύσης

Οι κινητήρες EC ταξινομούνται ως εξής:

• Ατμομηχανή:Η ατμομηχανή είναι ένας τύπος θερμικής μηχανής όπου η θερμική ενέργεια του ατμού μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια για να λειτουργήσει.
• Μηχανή stirling:Σε έναν κινητήρα stirling, ο αέρας ή το αέριο συμπιέζονται και διαστέλλονται σε κλειστό κύκλο σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Αυτός ο μηχανισμός δημιουργεί μηχανική ενέργεια.

Συμπέρασμα

Σε διαφορετικούς τύπους θερμικών μηχανών, η θερμική ενέργεια που παράγεται από καύσιμο ή αέριο μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια. Αυτοί οι τύποι κινητήρων ακολουθούν τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο, ο οποίος λέει ότι η θερμότητα δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, αλλά μόνο να μετασχηματιστεί.

Οι θερμικές μηχανές μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε κινητήρες εσωτερικής καύσης (IC) και κινητήρες εξωτερικής καύσης (EC). Περισσότερες ερωτήσεις σχετικά με τους τύπους των θερμικών μηχανών έχουν απαντηθεί παρακάτω.