Silniki cieplne - referat

Silnik cieplny jest to urządzenie wytwarzające energię mechaniczną oraz elektryczną z energii cieplnej. Czynnikiem pracującym w silniku cieplnym jest ciecz, która charakteryzuje się dużymi zmianami objętości właściwej wraz ze zmianą temperatury i ciśnienia. W zależności od tego, jaki jest rodzaj czynnika pracującego, można rozróżnić silniki spalinowe i parowe.

Silnik parowy to najprostszy silnik cieplny. Czynnikiem pracującym jest para wodna, której energia zostaje przekształcona na energię mechaniczną za pomocą tłoka lub wirnika. W silnikach tłokowych para oddziałuje bezpośrednio na tłok i przesuwając go oddaje mu swoją energię w postaci energii mechanicznej. Ruch tłoka, który jest prostoliniowy, jest przenoszony na ruch obrotowy wału za pomocą mechanizmu korbowego. W silnikach wirnikowych energia z pary przekształcana jest pośrednio: najpierw oddawana jest wirnikowi w postaci energii kinetycznej, a dopiero następnie jest ona przekształcana na pracę mechaniczną wału.
Silnik spalinowy to mechanizm, w którym ruch tłoka jest spowodowany ciśnieniem spalin, które powstają w wyniku spalania mieszaniny paliwowo-powietrznej w środku cylindra silnika. Uniwersalnie wykorzystuje się silniki spalinowe tłokowe o posuwisto-zwrotnym ruchu tłoka (suwowe), zwane również silnikami spalinowymi tłokowymi, w mniejszym stopniu o tłoku obracającym się.

Pierwszą maszynę parową skonstruowano w I wieku n.e. Wynalazcą jej był grecki uczony Heron z Aleksandrii. Maszyna przedstawiała wydrążoną kulę, która zawieszona była na dwóch rurkach, które następnie doprowadzają parę do niej z kotła. Para napełniała kulę a następnie wydostawała się przez dwie inne, konkretnie wykręcone otwarte rurki wyprowadzone z przeciwległych stron kuli. Strumienie wydostającej się pary sprawiały, iż kula wirowała z ogromną prędkością. Mimo tego, iż ta pierwsza turbina parowa jest bardzo ciekawa, nie znaleziono dla niej praktycznego wykorzystania. Anglik, Thomas Savery, w 1698 roku skonstruował maszynę, w której para chłodzona była w zamkniętym pojemniku aż do momentu kondensacji (skroplenia). Ciecz, jak wiemy, zajmuje znacznie mniejszą powierzchnię w porównaniu gazem, który z niej powstaje, to w czasie tego procesu produkowało się duże podciśnienie, które znalazło wykorzystanie w zasysaniu wody z kopalniach. Pierwsza maszyna parowa w Królestwie Polskim została uruchomiona w roku 1839 na terenie zakładów tekstylnych Ludwika Geyera. Urządzenie to miało moc 60 KM, a uzyskana moc była przenoszona do urządzeń tkackich za pomocą systemu pasów transmisyjnych.

Silniki, ale także i turbiny parowe przemieniają energię cieplną w energię mechaniczną. Ciepło, które wydobywa się w procesie spalania paliwa stosowane jest do gotowania wody, która zamienia się w parę i w związku z tym objętość paty wzrasta 1600 razy. Sprężona para akurat powoduje ruch. W silnikach tłokowych rozprężając się przesuwa tłok w cylindrze, w turbinach natomiast uderzając w łopatki obraca wirniki. W obu tych możliwościach rozprężając się traci swoją energię. Wszelkie maszyny parowe, podobnie jak tłokowe oraz turbiny, są silnikami o spalaniu zewnętrznym, ponieważ energia cieplna jest otrzymywana na zewnątrz silnika. Para otrzymywana jest w kotłach opalanych węglem, gazem lub ropą. W elektrowniach jądrowych ciepło, które jest konieczne do wyrobu pary otrzymywana jest z reakcji jądrowych. W nieskomplikowanym silniku parowym ciśnienie pary wprawia tłok w ruch działając na niego z jednej tylko strony. Natomiast w złożonych urządzeniach obie strony tłoka wykorzystuje się do wyrobu energii mechanicznej. Na początku parę wprowadza się z jednej strony tłoka, by poruszyła nim do przodu. Później para wprowadzana jest z drugiej strony, co sprawia powrotny ruch tłoka. I właśnie, dlatego silniki takie nazwane zostały silnikami o podwójnym działaniu.

W dzisiejszych czasach silniki parowe produkują sporą ilość wykorzystywanej przez nas energii. Także największe technologicznie reaktory jądrowe niestety tylko źródłami ciepła, które zamieniają wodę w parę, która wprawia w ruch turbiny napędzające generatory prądu.