[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 įleidžiamos 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 kanalus 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 procesų :
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 po 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 judesys. 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 ir 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, kad 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.