Tepelné motory a palivá

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: ivana123
Typ práce: Referát
Dátum: 21.01.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 3 874 slov
Počet zobrazení: 5 856
Tlačení: 412
Uložení: 420
Tepelné motory a palivá
 
Nedávno som úspešne ukončil vodičský kurz. Tam som sa naučil , že motorové vozidlo je pozemný dopravný prostriedok ,ktorý ku svojmu pohonu využíva niektorého druhu motora......Každý deň cestujem autom alebo autobusom. No nikdy som sa nezamýšľal na akom princípe sa dokáže auto pohnúť? Čo ho pohlo? Ako dokáže vyvinúť rýchlosť? Preto som si vybral Tepelné motory ako tému na projektový týždeň. Zameriam sa hlavne na princíp ako jednotlivé motory fungujú, ktoré sú tepelne motory, kde si ich môžeme všimnúť.
Tepelné motory sú stroje, ktoré premieňajú časť vnútornej energie paliva uvoľneného horením na mechanickú energiu. Rozdeľujeme ich na parné motory a spaľovacie motory. Pre ich účinnosť platí Carnotov vzťah. Znázornenie Carnotovho cyklu v p-V diagrame. Plocha ohraničená krivkami je ekvivalentná práci, ktorú stroj vykonal pri jednom cykle.
 
Najjednoduchší model tepelného stroja je uzavretý valec s piestom. Vo valci sa nachádza plyn. Stroj pracuje medzi dvomi ďalšími tepelnými zariadeniami
chladič (T1)
ohrievač (T2)
Úlohou ohrievača je dodávať valcu s piestom teplo, takže dochádza k expanzii náplne – plynu, úlohou chladiča je plyn opäť ochladiť tak, aby mohol začať nový cyklus, prebieha kompresia.
Pri práci tepelných strojov platí druhý termodynamický zákon: Nemožno zostrojiť periodicky pracujúci tepelný stroj, ktorý by teplo od istého telesa (ohrievača) iba prijímal a vykonával rovnako veľkú prácu.
 Stroj ktorý by takto pracoval, sa volá perpetuum mobile druhého druhu.

Tento stroj by mal veľký praktický význam, lebo by mohol trvalo konať prácu iba ochladzovaním jediného telesa. Podľa druhého termodynamického zákona však taký stroj nie je možný.
Rozdelenie tepelných motorov:
-  parný motor  - piestový parný motor
     - parná turbína
-  spaľovací motor - piestový s.m.   - zážihový- štvordobý motor
   - zážihový- dvojdobý motor
   - vznetový motor
    - plynová turbína
    - reaktívny motor   - prúdový motor
     - raketový motor

1 Parné motory
V parných motoroch je pracovnou  látkou vodná para s teplotou vysokou až 500°C a tlakom 1,5MPa, ktorá sa získava v parnom kotli mimo motora. Medzi parné motory patrí parný stroj a parná turbína. Piestový parný stroj - Zostrojil ho v roku 1784 škótsky mechanik James Watt. Účinnosť 5-15% .

Princíp
Horením paliva v parnom stroji vzniká teplo, ktoré premieňa vodu na vodnú paru. Pomocou vstupných ventilov je potom touto parou plnený parný valec. Nasleduje expanzia pary - para hýbe piestom a zároveň klesá jej tlak a teplota. Tým nastane premena tepelnej energie vodnej pary na mechanickú prácu pary. Potom nasleduje tzv. výfuk pary otvorením výstupných ventilov na druhej strane valca. Po vstupe pary zo vstupných ventilov a spätnom pohybe piestu sa para vytlačuje, časť sa však vo valci ponecháva a opäť sa stláča (kompresia), aby sa steny valca pred plnením čerstvou parou opäť ohriali. Vstup a výstup pary z valca parného stroja sa riadi rozvodom.
Pomocou ojnice a kľukového hriadeľa je potom vzniknutá energia prevádzaná ku kolom. Časť energie sa teda spotrebuje na pohon týchto súčastí.

1.1 Parný stroj v súčasnosti

Možno ho využiť všade tam, kde sa tlakovo redukuje plynné médium, sýta alebo prehriata para, spaliny, vzduch alebo iné neagresívne plyny so vstupnými parametrami: tlak 2,0 MPa a teplota 240 °C. Na trhu je k dispozícii niekoľko parných motorov. Sú dodávané na základovom  ráme priamo spojené s elektrickým generátorom vrátane riadiaceho systému, ktorý je jednoduchšou aplikáciou systému používaného pri parných turbínach. Výkonový rozsah takýchto sústrojenstiev je od cca 20 do 120 kWel.

1.2 Príklad prototypového riešenia
Vzhľadom na to, že u malých výkonov je úspešnosť náhrady redukčného ventilu objemovým parným strojom podmienená hlavne nízkou investičnou náročnosťou, bol vyvinutý a skonštruovaný prototyp parného stroja s využitím základných komponentov vznetových motorov (kľuková skriňa, kľukový hriadeľ, ojnica, piesty a valce). Pre riešenie rozvodov bol zvolený originálny patentovaný systém rotačných plniacich a výfukových posúvačov („šúpatiek“) bez možnosti prestavovania rozvodu počas činnosti parného stroja. Vlastná konštrukcia celého rozvodu však umožňuje relatívne jednoduchou výmenou posúvačových („šúpatkových“) sád prispôsobiť parný stroj novým prevádzkovým podmienkam a to tak z hľadiska admisného a emisného tlaku ako aj z hľadiska prietoku pary. Uvedené použitie spaľovacieho motora a použitý princíp rozvodu parného stroja je chránené osvedčením o priemyslovom vzore.

1.3 Výhody parného stroja

Výhody parného stroja v porovnaní s parnou turbínou spočívaju v nasledovnom:
-  pracuje pri nižších prietočných množstvách pary
-  nemusí ísť o prehriatu paru
-  dosahuje termodynamickú účinnosť až 80%.
-  obstarávacie náklady sú nižšie
Z hľadiska obsluhy sú nároky parného stroja obmedzené na účasť jedného pracovníka pri nábehu stroja za studeného stavu pri prehrievaní prívodného potrubia, čo je asi 30 min. Počas prevádzky stačí vykonať denne jednu kontrolu.

1.4 Parná turbína

V parných turbínach sa tepelná a tlaková energia pary mení v rozpínajúcej sa pare na pohybovú energiu. Rozpínajúca sa a prúdiaca para je usmernená na lopatky obežného kola, tie menia smer jej prúdenia a para na ne pôsobí silou. V parnej turbíne dosiahne para prúdením dýzami veľké rýchlosti. Poháňacie koleso sa tlakovou silou pary na lopatky dostane do rotačného pohybu. Parnú turbínu vynašiel Sir Charles Parsons v roku 1884. Účinnosť okolo 35%.
Spaľovacie motory: V spaľovacích motoroch je pracovnou látkou plyn vznikajúci horením paliva vnútri motora.

Chemická energia sa pri spálení pohonnej látky (benzínu alebo plynu) zmení na tepelnú, ktorá sa využíva na konanie práce. Medzi spaľovacie motory patrí piestový spaľovací (zážihový a vznetový) motor, plynová turbína a prúdový (tryskový) motor.
 
2 Zážihový motor
Zážihové motory sú dvojtaktné a štvortaktné. Vyrobená zmes pohonnej látky a vzduchu sa vstrekne do valca a zapáli sa. Potom sa spaliny adiabaticky rozpínajú až po izochorické odvádzanie tepla, po ktorom nasleduje kompresia. Účinnosť procesu sa zväčšuje so zvyšovaním kompresného pomeru – pomeru tlaku na začiatku a konci kompresie.

2.1 Dvojdobé motory
Najjednoduchší typ valcového benzínového motora je dvojdobý motor, používaný v niektorých malých autách, vo väčšine motocyklov a v kosačkách na trávu. Každý piest pracuje v dvoch dobách. Najskôr sa pohybuje nahor, pričom stláča zmes paliva a vzduchu v priestore nad piestom. Súčastne je do priestoru pod piestom nasávaná ďalšia dávka zápalnej zmesi. Stlačená zmes sa zapáli iskrou vytorenou za pomoci vysokého napätia a plyny vzniknuté výbuchom tlačia piest späť do spodnej časti valca.

Pri svojom pohybe dole piest vytlačí čerstvú dávku zmesi paliva a vzduchu prepúšťacím kanálom do priestoru nad piestom. Táto čerstvá zmes vytlačí výfukové plyny von výfukovým kanálom a sama je stlačená spätným pohybom piestu nahor. V hornej úvrati (polohe) piest zablokuje výfukový kanál, aby rozpínajúce sa plyny nemohly uniknúť. Akonáhle piest dosiahne dolnú úvrať (polohu), kanál sa otvorí. Poloha piestu kontroluje rovnako aj nasávací kanál zmesi paliva a vzduchu ako aj kanál prepúšťací.

Piest svojím pohybom hore a dole otáča takzvanou kľukovou hriadeľou. K nej je pripevnený ťažký zotrvačník, ktorý sa otáča aj po tom, čo piest dosiahne svoju najnižšiu polohu. Zotrvačník tak prevádza energiu z dole pohybujúceho sa piestu vo veĺmi plynulý nepretržitý pohyb a núti piest pohybovať sa valcom nahor v druhej časti každého cyklu. Výroba dvojdobých motorov je pomerne lacná. Samé motory sú však málo účinné pri premene energie paliva v energiu pohybu, a preto väčšina veľkých motorov pracuje v účinnejšom štvordobom cykle.

2.2 Štvordobé motory
Pri štvordobom motore pracuje každý piest na štyri doby. V prvej dobe nazývanej nasávanie sa piest pohybuje smerom dole a nasáva zmes paliva a vzduchu do priestoru nad piestom. Potom sa piest pohybuje nahor a zmes stláča. Táto druhá doba sa volá stláčanie. Stlačená zmes sa zapáli pomocou iskry a výbuch stlačí piest dole. Podľa toho sa tretia doba nazýva výbuch. Piest potom ešte raz ide nahor a vytlačí výfukové plyny von z priestoru valca. Štvrtá doba sa nazýva výfuk. Potom sa jednotlivé doby opakujú.
Štvordobý motor je síce účinnejší než dvojdobý, ale aj tak dokáže premeniť len približne 33,3 % energie paliva. Štvordové motory sú omnoho drahšie na výrobu ako dvojdobé motory.

Dvojdobý motor je v porovnaní zo štvordobým zážihovým motorom:
   - konštrukčne jednoduchší (nemá ventily),
   - má nižšiu účinnosť, asi 20%,
   - najčastejšie je chladený vzduchom,
   - do benzínu sa pridáva olej,
   - spaľovanie zmesi má menej dokonalé, do ovzdušia vypúšťa viac
   škodlivín
   - oblasťou jeho použitia sú ľahké mechanizmy - motorové píly,
  motocykle, čerpadlá,...

Pracovný cyklus
Zážihový motor môže byť technicky realizovaný ako motor s priamočiarym vratným pohybom piesta štvortaktný alebo dvojtaktný. Osobitnou kategóriou je realizácia motora s krúživým piestom - Wankelov motor. Hrubým teoretickým modelom pre výpočet parametrov obehu zážihového motora je Ottov cyklus, prípadne Seiligerov cyklus.
 
Palivá
Ako palivá sa používajú látky, ktoré sa dobre miešajú so vzduchom a sú schopné v krátkom čase vytvoriť homogénnu zmes. Sú to napríklad: benzín, stlačený zemný plyn (CNG), skvapalnený propán-bután (LPG), alkoholy (metanol, etanol). Atraktívnym kandidátom na palivo budúcnosti pre zážihový motor je vodík.

Zápalná zmes
Klasický zážihový motor, ktorých je v prevádzke väčšina, spaľuje homogénnu zmes. Výnimku tvoria moderné konštrukcie zážihových motorov s priamym vstrekom označované aj GDI (Gasoline Direct Injection).
Homogénna zmes je zápalná iba v úzkom rozmedzí okolo stechiometrického pomeru. Stechiometrický pomer je taký, pri ktorom teoreticky dôjde k dokonalému spáleniu a na konci reakcie nezostane navyše žiadna časť látok vstupujúcich do reakcie. Pretože bežné uhľovodíkové palivá majú hmotnostý podiel približne 15 % vodíka a 85 % uhlíka, pre spaľovanie vo vzduchu je stechiometrický pomer približne 14,7 kg vzduchu na 1 kg paliva. Dôležitým parametrom pre prípravu zmesi je vzájomný podiel paliva a vzduchu vyjadrený súčiniteľom prebytku vzduchu - λ.
 
Praktické uplatnenie súčiniteľa prebytku vzduchu
Všetky moderné motory vybavené trojcestným katalyzátorom musia spaľovať zmes s λ = 1, a teda musia byť zároveň vybavené snímačom, takzvanou lambda-sondou. Staršie motory bez katalyzátora využívali obohacovanie zmesi v režime maximálneho a minimálneho zaťaženia, kde λ dosahovala hodnotu približne 0,9. Táto metóda zvyšovania výkonu (aj s menšími hodnotami súčiniteľa) sa používa dodnes pri športových aplikáciách, napríklad pri vozidlách Formuly 1.  Staršie motory bez katalyzátora využívali ochudobňovanie zmesi v režime stredného zaťaženia, kde λ dosahovala hodnotu približne 1,1 z dôvodu zvýšenia ekonomiky prevádzky.

Príprava zmesi
Zmes sa u zážihových motorov pripravuje mimo pracovného priestoru valca. Na prípravu sa používa niektoré zo zariadení:
-  karburátor
-  vstrekovacie zariadenie
-  jednobodové
-  viacbodové
-  splyňovač (pre plynné palivá)
 
Regulácia výkonu
Výkon zážihového motora sa reguluje množstvom zmesi pripadajúcej na jeden pracovný cyklus. Preto takýto typ regulácie nazývame kvantitatívnou. Najčastejšie je táto regulácia realizovaná škrtiacou klapkou v nasávacom potrubí. Škrtiaca klapka vytvára miestny odpor proti prúdeniu vzduchu, na ktorého prekonanie je potrebný rozdiel tlakov. Pred škrtiacou klapkou je nemenný atmosférický tlak (približne 101 kPa), preto sa potrebný rozdiel dosiahne podtlakom vyvolaným pohybom piesta počas nasávacieho zdvihu. Čím viac je klapka privretá, tým vyšší podtlak je vo valci. Pri voľnobežnom režime môže tlak za škrtiacou klapkou klesnúť až na 30 kPa. Následkom takéhoto poklesu tlaku je celý tepelný obeh motora posunutý k nižším tlakom a teplotám, čo má za následok pokles jeho termodynamickej účinnosti. Takýto spôsob regulácie je veľmi neefektívny. Z tohto dôvodu sú zážihové motory menej účinné ako vznetové a pracujú s vyššou mernou spotrebou paliva. Vzhľadom na čoraz prísnejšie kritériá, ktoré sú kladené na spaľovacie motory, najmä z pohľadu ekológie, je len regulácia škrtením množstva zmesi vstupujúcej do pracovného obehu nedostatočná. Najlepším a aj momentálne jediným riešením, ktoré vyhovuje aj z pohľadu ekológie a aj z pohľadu ekonomického, je presné dávkovanie paliva a vzduchu na každý pracovný obeh. Vstrekovaním paliva, teda presnou dávkou v presne určenom čase sa dnes ovplyvňujú všetky požadované faktory vyplývajúce z činnosti motora, a teda hlavne výkon v celom zložení a hospodárnosť. Účelným sa v tomto prípade javí aj miestne nastavenie jednotlivých hodnôt podľa toho, v akej nadmorskej výške sa uvažuje motor používať.
 
2.3 Vznetový (dieselový) motor
Vznetové motory nasávajú čistý vzduch a behom izobarickej expanzie sa vstrekuje do valca palivo, ktoré sa zapáli od stlačeného teplého vzduchu. Účinnosť tepelného procesu sa zvyšuje zvyšovaním kompresného pomeru a zmenšovaním diaľky vstrekovania paliva.
Vznetový (spaľovací) motor, niekedy označovaný aj ako Dieselový motor je piestový spaľovací motor, v ktorom sa zmes paliva a vzduchu zapaľuje pôsobením vysokej teploty vzduchu stlačeného v pracovnom priestore motora. Najčastejšie ide o naftový motor (palivom je nafta). Označenie Dieselový motor je historické podľa vynálezcu.
Ku kontaktu paliva so vzduchom dochádza po jeho vstreknutí do spaľovacieho priestoru. Podľa konštrukcie spaľovacieho priestoru a miesta vstreku rozoznávame vznetové motory:
-  s priamym vstrekovaním, kde vstreknutie a celé horenie prebehne v jednom, hlavnom spaľovacom priestore
-  s nepriamym vstrekovaním, kde vstreknutie a počiatočná fáza horenia prebieha v osobitnom priestore - komôrke a až následne sa proces prenesie do hlavného spaľovacieho priestoru
 
Podiel dieslov rastie
Podľa Asociácie európskych automobilových výrobcov (ACEA) trhový podiel automobilov s naftovým motorov v západnej Európe dosahoval v roku 1995 len 22 percent, v roku 2000 vzrástol na 32,1 a vlani sa priblížil takmer k polovici (49,3 %).
Najvyššiemu uznaniu z krajín bývalej európskej pätnástky sa dieselové motory tešia v Luxembursku (trhový podiel 75,4 %), nasleduje Belgicko (72,6 %), Francúzsko (69,1 %) a Španielsko (67,8 %). Na Slovensku a v ČR sa ich trhový podiel odhaduje na zhruba jednu tretinu.
Prognóza J.D. Power očakáva celosvetový rast podielu automobilov so vznetovým motorom z 18 percent v roku 2005 na 26 percent v roku 2015. Najväčším svetovým dodávateľom vznetových motorov do automobilov je skupina Volkswagen, nasledovaná koncernom Ford.
 
Pracovný cyklus
Vznetový motor najčastejšie pracuje ako štvortaktný, ale môže byť skonštruovaný aj ako dvojtaktný. Teoretickým modelom pre výpočet parametrov obehu vznetového motora je Seiligerov cyklus. Pre vysokovýkonné motory s dlhým spaľovaním je použiteľný aj jednoduchší Dieselov cyklus.

Základné parametre cyklu
Údaje platia pre neprepĺňaný motor.

Palivá
Ako palivá sa používajú drahšie ťažšie odpariteľné látky, napríklad motorová nafta.
Zápalná zmes
Vznetový motor spaľuje nehomogénnu zmes s vysokým prebytkom vzduchu. Súčiniteľ prebytku vzduchu je λ > 1 a takáto zmes sa nazýva aj chudobná.
Príprava zmesi
Zmes sa u vznetových motorov tvorí až tesne pred a počas spaľovania. Rozprášené palivo, vstreknuté do horúceho vzduchu cez trysku vstrekovača sa začína odparovať a premiešavať s náplňou valca. Lokálne zloženie zmesi sa spojito mení od steny valca, kde je čistý vzduch, k povrchu kvapky paliva. V okolí kvapôčok vznikne oblasť s vhodným zložením kde vplyvom vysokej teploty dôjde k vznieteniu a začatiu spaľovania. Proces postupného odparovania a zapájania sa ďalších častí paliva do horenia počas prebiehajúceho spaľovania pokračuje.

Vstrekovanie

Prípravu zmesi realizuje vstrekovacie zariadenie, ktoré musí zabezpečiť dostatočne jemné rozprášenie paliva a vhodné rozloženie lúčov paliva v spaľovacom priestore.

Vysokotlakové vstrekovanie
Moderné vznetové motory využívajú technológiu vysokotlakového vstrekovania označovanú aj ako common rail, HDi (High pressure Direct injection) prípadne inak. Vznetový motor s priamym vstrekovaním, zvyčajne preplňovaný je riadený elektronicky. Jedno palivové čerpadlo zásobuje spoločný tlakový zásobník (podľa neho je nazvaný) až do tlaku 1 350 barov. Táto technológia znižuje spotrebu, znečistenie, hluk zo spaľovania a vibrácie.

Regulácia výkonu

Výkon vznetového motora sa reguluje množstvom paliva pri približne rovnakom objemue vzduchu na jeden pracovný cyklus. Mení sa teda bohatosť - kvalita zmesi. Preto sa takýto typ regulácie nazýva kvalitatívna. Regulácia je realizovaná premenlivým množstvom paliva, ktoré dodá vstrekovacie zariadenie. Funkcia popisujúca objemový prieheh dodávky paliva v závislosti na čase sa nazýva aj zákon vstreku. Pri vyšších dávkach paliva spaľovanie trvá dlhší čas, dohorievanie prebieha aj počas expanzného zdvihu. Z analýzy takéhoto tepelného obehu motora potom vyplynie mierny pokles účinnosti pri vyššom zaťažení.

2.4 Priame porovnanie bez víťaza

Často preceňovaným parametrom vznetového motora je krútiaci moment, hoci za pomoci preplňovania dosahuje skutočne vysoké hodnoty. No práve výrazne nižšie otáčky maximálneho výkonu (cca 4 000/min.) v porovnaní s benzínovým súperom (cca 6 000 – 6 500/min.) by pri rovnakých pomeroch v prevodovke v konečnom zúčtovaní znamenali nielen značnú stratu maximálnej rýchlosti, ale aj potrebu ešte častejšieho preraďovania. Celkový prevod sa pri autách s naftovým motorom preto volí o niečo „ťažší“, čo z krútiaceho momentu na kolesách, samozrejme, silu odoberá. Priame porovnanie dvoch motorov z rovnakej objemovej triedy, vznetového a zážihového, na ceste by sa dnes pravdepodobne skončilo s veľmi tesným výsledkom, bez jednoznačného víťaza.

Naftový býva drahší
Pre objektívne porovnanie prevádzkových nákladov benzínového a naftového motora treba kalkulovať so všetkými položkami, nielen s výdavkami za palivo. Základný rozdiel predstavuje rôzna nákupná hodnota. Model so vznetovým motorom býva v porovnaní so zážihovou alternatívou drahší i o niekoľko desiatok tisíc korún, čo pri lacnejších typoch môže tvoriť výrazné percento z celkovej ceny vozidla. Na druhej strane sa vyššia cena auta s naftovým motorom väčšinou udrží i na trhu ojazdených automobilov, a tak sa vyššie prvotné náklady môžu čiastočne kompenzovať. Náklady na predpísanú údržbu nepredstavujú pri dnešných konštrukciách pre niektorú z alternatív výrazný rozdiel.

Benzínový má vyššiu spotrebu
Najvýraznejšia prednosť modelov so vznetovým motorom je nižšia spotreba paliva ako pri porovnateľných zážihových verziách. Všeobecne platí, že zisk z nižšej spotreby sa prejaví pri najazdení niekoľkých desiatok tisíc kilometrov ročne. Vznetový motor dosahuje najvýraznejšiu úsporu pri prevádzke na malé zaťaženia. Jeho výhody sa preto prejavia najmä pri častom využívaní v mestskej premávke, pričom rozdiely sa budú zvýrazňovať s nárastom zdvihového objemu porovnávaných motorov. Naopak, pri prevádzke vyššími ustálenými rýchlosťami sú rozdiely nižšie a klesajú s objemom motora. Hoci stále platí, že najvýraznejší vplyv na spotrebu paliva má technika jazdy, na jej nesprávnu voľbu sú o čosi menej citlivé vznetové motory.
 
Diesel je odkázaný na naftu
Náklady na palivo sa dajú, hoci v obmedzenom rozsahu, ovplyvniť i jeho voľbou. Kým pre vznetové motory sa do štandardnej obchodnej siete distribuuje výhradne motorová nafta, pre zážihové motory prichádzajú do úvahy viaceré alternatívy. Zemný plyn či propán-bután sú známe i z domáceho trhu, rovnako vhodným zdrojom energie však môže byť alkohol, prípadne jeho zmes s benzínom, využívaná dnes najmä v krajinách Latinskej Ameriky a Škandinávie.

Kultúra chodu
Dlhé roky naftový motor nedokázal súperiť s benzínovým v kultúre chodu. Klopal, mal tvrdé prechody a disponoval len malým rozsahom využiteľných otáčok. Vývojom však zaznamenal výrazný pokrok aj v tomto smere.
Moderné vstrekovacie systémy a rozsiahle použitie tlmiacich materiálov dokážu vytvoriť akustickú pohodu i v sedanoch strednej triedy, nehovoriac o typoch z vyšších segmentov. Menší rozsah využiteľných otáčok kompenzujú viacstupňové prevodovky – mechanické aj automatické. Vyššia účinnosť vznetových agregátov však paradoxne priniesla nový problém – nižšiu produkciu odpadového tepla. Dieslovému agregátu trvá dlhšie, kým dosiahne prevádzkovú teplotu a dokáže zásobovať vykurovaciu sústavu auta. Dodatočné „prihrievanie“ chladiacej kvapaliny žeraviacimi sviečkami dokáže tento neduh vyliečiť.
 
Emisné normy sú zákon
Vplyv motora na životné prostredie je daný v prvom rade produkciou škodlivých látok. Najväčším kladom vznetových motorov je nízka produkcia oxidu uhličitého daná najmä ich menšou spotrebou. Naopak, benzínové motory bodujú nižšími emisiami pevných častíc a oxidov dusíka. Zato sú viac problémové produkciou nespálených uhľovodíkov, prípadne oxidu uhoľnatého. Vyššia spotreba paliva benzínových agregátov okrem toho vedie k vyšším emisiám oxidu uhličitého. Toto však motoristu nemusí zaujímať. Každé nové auto na trhu musí bez výnimky spĺňať aktuálne emisné normy.

2.5 Plynová turbína

Vzduch sa do plynovej turbíny nasáva kompresorom, kde sa aj zhusťuje. V spaľovacej komore sa pohonná látka vstrekuje do stlačeného vzduchu. Zhorením sa vzduch zohreje a nadobudne vysoký tlak. Potom prúdi plynovou turbínou do expanzného priestoru a veľkou rýchlosťou vystupuje dýzou von.
Plynová turbína je tepelný stroj, ktorý premieňa tepelnú energiu plynov na mechanickú prácu. Pracovnou látkou sú ohriate plyny alebo spaliny vznikajúce v iných strojoch, privedené do plynovej turbíny. Plyny pri prechode turbínou odovzdávajú jej lopatkám svoju kinetickú energiu.

Rozdelenie plynových turbín

Podľa spôsobu prívodu pracovných plynov sa turbíny rozdeľujú na:
-  izobarické, alebo rovnotlakové keď pracovný plyn do turbíny vstupuje pri približne konštantnom tlaku. Zjednodušený teoretický model popisuje Eriksonov-Braytonov cyklus
-  izochorické, alebo rovnoobjemové, impulzové keď pracovný plyn do turbíny vstupuje v nárazových dávkach. Zjednodušený teoretický model popisuje Humpreyov cyklus

Konštrukčné riešenia

Podľa smeru prúdenia plynov v turbíne sa turbíny rozlišujú na:
-  axiálne - plyny prúdia približne rovnobežne s osou otáčania turbíny.
-  radiálne - plyny prúdia kolmo na os turbíny.
Pri spojení viacerých turbín za sebou hovoríme o viacstupňových turbínach, pričom jedno obežné koleso tvorí jeden stupeň. Každý stupeň má v tomto prípade odlišné charakteristiky lopatiek, pretože do nich vstupujú plyny s inými parametrami. Smerom k vyšším stupňom klesá tlak aj teplota plynov úmerne už odovzdanej mechanickej práci v predošlých stupňoch.

Vlastnosti plynových turbín
Vlastosti sú podobné vlastnostiam spaľovacích turbín. Majú nasledovné výhody:
-  vysoká pravidelnosť chodu a malá nevyváženosť
-  nízka výkonová hmotnosť
-  lepší priebeh točivého momentu z hľadiska trakčných požiadaviek
-  schopnosť spracovávať nízke teplotné a tlakové spády, často inak nevyužiteľné,
ale aj nevýhody:
-  nízka účinnosť z dôvodu nízkych teplotných spádov - 700 °C, krátkodobo 1400 °C
-  malé akceleračné schopnosti
-  vysoké tepelné namáhanie lopatiek a z toho vyplývajúca nízka životnosť
-  vyššia hlučnosť
-  Využitie plynových turbín

Turbína turbodúchadla
Typickým príkladom plynovej turbíny pre malé výkony je turbína turbodúchadla spaľovacieho motora, ktorá využíva energiu jeho výfukových plynov. Ak by medzi pracovnými valcami motora a turbínou bol dostatočne veľký zásobník v ktorom by sa ustálili hodnoty tlaku a teploty spalín, turbína by pracovala ako rovnotlaková. V praktických aplikáciách šporotvých automobilových motorov však prichádzajú plyny vo forme krátkych tlakových impulzov podľa toho, ako sa otvárajú výfukové ventily jednotlivých valcov. Preto turbína pracuje ako impulzová. Na zlepšenie účinku tlakového impulzu sa dokonca výfukové potrubia športových motorov ladia a spájajú pred turbínou do vetiev podľa počtu valcov a poradia ich pracovných cyklov.

Parná turbína

Parná turbína je typickým príkladom plynovej turbíny pre veľké výkony. Používa sa ako pohon generátorov v tepelných a jadrových elektrárňach. Pracovným plynom je prehriata vodná para, ktorej ohrev zabezpečuje spaľovanie palív, alebo priebeh jadrovej reakcie. Turbína pracuje pri svojich optimálnych podmienkach ako rovnotlaková.

Prúdový (tryskový) motor

Prúdové motory sa začali vyrábať počas druhej svet. vojny. Prvé lety v roku 1940. V súčasnosti niektoré vojenské a civilné lietadlá poháňané prúdovými motormi môžu lietať rýchlosťou väčšou, ako je rýchlosť zvuku vo vzduchu. V prúdovom motore je plynová turbína s otvoreným obehom. Ťah motora vzniká tým, že sa hmota vstupujúceho vzduchu spolu so spalinami “ odhodí “ dozadu. Prúdový stroj je stroj, v ktorom sa navzájom transformuje energia spojite prúdiacej tekutiny a mechanická práca rotora. Rotor - otáčajúca sa časť je základnou súčasťou prúdového stroja. Transformácia prebieha na základe jednoduchých zákonitostí fyziky, ako sú: rovnica kontinuity, zákon zachovania energie, zákon zachovania hybnosti a zákon zachovania momentu hybnosti, alebo druhý termodynamický zákon.

2.6 Prúdový motor

Reaktívny prúdový motor je motor, ktorý urýchľuje zvonka privádzané médium (vzduch alebo vodu). Vďaka tomu je takýto motor omnoho ľahší ako raketový motor s rovnakým ťahom. Zdrojom média môže byť nejaký zásobník (vodná nádrž v prípade Segnerovho kolesa, alebo prostredie, ktorým sa motor pohybuje (atmosféra v prípade leteckých prúdových motorov). Pretože vrtuľové pohonné jednotky pracujú tiež na princípe reakcie s prúdom vzduchu, kritériom pre odlíšenie prúdových motorov je to, že motor nie je možné rozdeliť na samostatne funkčnú časť produkujúcu mechanickú prácu na hriadeli (turbovrtuľový motor, motorová časť vrtuľovej pohonnej jednotky) a propulzor (vrtuľu). Prúdové motory používané na pohon lietadiel (turbokompresorové, náporové, pulzačné) využívajú chemickú energiu paliva, ktorého horením v spaľovacej komore sa zvyšuje tepelná a tlaková energia pretekajúcich plynov (zmesi produktov horenia paliva a vzduchu), ktorá sa expanziou v hnacej (výstupnej) dýze premieňa na pohybovú (kinetickú) energiu výtokových plynov. Premenou  na kinetickú energiu sa dosahuje výsledné urýchľovanie (zmena hybnosti) plynov, ktoré je podľa 2.

Newtonovho zákona rovné sile, ktorá toto urýchlenie spôsobuje. Tlakovým pôsobením pretekajúceho plynu na jednotlivé časti motora potom vzniká rovnako veľká, ale opačne orientovaná sila, ktorej sa hovorí Ťah prúdového motora. Keď som si vybral túto tému myslel som si aké to bude jednoduché spracovať zopár tepelných motorov. Pravde je , že to bolo ťažšie. Je to veľmi rozsiahla téma, ktorá sa ani mne nepodarila opísať celá.  Ale aj tak som sa naučil kopu nových poznatkov o tepelných motoroch. Verím , že to dokážem vysvetliť aj mojim spolužiakom a podať to tak aby tomu porozumeli všetci.

Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE – Referáty, ťaháky, maturita:

Vygenerované za 0.025 s.
Zavrieť reklamu