Двигатель внешнего сгорания

Дви́гатели вне́шнего сгора́ния — класс тепловых двигателей, где процесс выделения тепла или процесс сгорания топлива технологически отделен от процесса расширения рабочего тела, т.е. процессы нагревания и расширения происходят в разных технологических полостях или в разных технологических устройствах.

К этому классу относятся паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга, газовые турбины внешнего сгорания, а также другие типы двигателей.

История

Первый двигатель внешнего сгорания был создан в 1 веке нашей эры знаменитым античным механиком и математиком Героном Александрийским (Герон) . Это была примитивная активная паровая турбина, которую ее создатель назвал "эолипил" - в честь бога ветра Эола. Однако практического применения это устройство не получило и использовалась как игрушка и курьезный атракцион.

Эолипил Герона

В Новое Время, начиная с 16 века начинаются попытки создать эффективный двигатель для привода в действие рудничных и портовых насосов, приводов кузнечных мехов, а так же ткацких и прочих станков. В начале 17-го века были созданы примитивные поршневые паровые машины Севери и Ньюкомена. Они использовались для привода в действие рудничных насосов для осушения шахт добычи угля и железной руды. Настоящий прорыв пошел с появлением паровой машины Дж. Уатта, который начал с усовершенствования архаичной конструкции парового двигателя Севери и добился резкого повышения мощности и эффективности парового двигателя. От этого момента наалось активное внедрение паровых машин в промышленность и на транспорт.

Следующим прорывом были 80-е года 19го века, когда швед Лаваль и англичанин Парсонс создали эффективные модели паровых турбин, которые оказались значительно мощнее и компактнее паровых поршневых машин.

Параллельно с развитием паровых машин развивались двигатели Стирлинга, которые стали известны с начала 19-го века. В них рабочим телом служит воздух, а не водяной пар, как в паровых машинах.

19-й век был веком паровых машин, которые оказались на более чем 100 лет основным типом двигателя на транспорте и в промышленности. С появлением в начале 20-го века эффективных электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания, паровые машины в малых агрегатных мощностях были вначале вытеснены из систем привода станков на фабриках и на заводах, а потом и из транспортных средств.

КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ

• По типу применяемого рабочего тела двигатели внешнего сгорания делятся на двигатели с рабочим телом в виде воздуха (Двигатель Стирлинга) и двигатели с рабочим телом в виде пара (паровые двигатели).
• По типу преобразования энергии тепла рабочего тела в движение главного рабочего органа делятся на машины объемного расширения (поршневые или роторные) или проточные (турбины).
• По типу движения главного рабочего органа делятся на поршневые и роторные.

ПЕРСПЕКТИВА РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ

В настоящее время двигатели внешнего сгорания в виде паровых турбин весьма распространены в технике, уступая двигателям внутреннего сгорания по КПД, но значительно превосходя их в агрегатных мощностях, а так же имея большое преимущество в возможности использовать дешевое твердое топливо в виде угля или разных отходов, или дешевых сортов жидкого топлива в виде мазута и проч. Сегодня около 70% мирового производства электроэнергии производится с помощью паровых турбин. Так же по мере удорожания жидкого моторного топлива из нефтепродуктов и повышения цены на сетевое электричество из больших магистральных электросетей, возрождается интерес к использованию малых современных паровых двигателей, которые могут работать на сжигании местного дешевого твердого топлива и даже горючих отходов.

Область применения малых современных паровых машин- для привода тракторов - тягачей для сельского хозяйства и лесоразработок, а так же для выработки электроэнергии малыми установками мощностью 20-150 КВт. Такая малая электрогенерация на дешевом местном топливе относится к области распределенной, альтернативной энергетики (альтернативная энергетика по отношению к большой, индустриальной энергетике). Отчасти применение малых паровых машин для малой- автономной электрогенерации можно отнести к области возобновляемых источников энергии. если такие паровые машины сжигают в своих котлах торф, отходы лесоповала и переработки в виде опила, щепы. порубочных остатков или древесную биомассу с плантаций энергетического леса, либо отходы сельского растениеводства - солому, лузгу- шелуху и проч.

малый паровой роторный двигатель

Во всем мире сельское хозяйство и лесопереработка создают сотни миллионов тон горючих отходов ежегодно, утилизация которых составляет большую трудность и проблему для производителей и правительств многих стран. С другой стороны многие слаборазвитые страны или отдаленные местности развитых стран испытывают нехватку тепла и электричества. Поэтому появление объектов альтернативной, малой (распределенной) энергетики с применением малых двигателей внешнего сгорания на сжигании местных отходов и местных топлив может послужить активному развитию слаборазвитых территорий и отсталых государств за счет такой возобновляемой биомассы.

Литература

• «Двигатели внешнего сгорания», Г. В. Смирнов. Новое в жизни, науке, технике: Серия: Промышленность, 1967, М. — Знание. [1]
• Большая Советская Энциклопедия Тепловой Двигатель

Ссылки

• Кью-Бриджсий музей паровых машин, Лондон (Kew bridge steam museum)
• Современные малые аксиально- поршневые паровые машины. Видео