0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатель простого действия

ИНФОФИЗ — мой мир.

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

  • Главная
  • Мир физики
    • Физика в формулах
    • Теоретические сведения
    • Физический юмор
    • Физика вокруг нас
    • Физика студентам
      • Для рефератов
      • Экзамены
      • Лекции по физике
      • Естествознание
  • Мир астрономии
    • Солнечная система
    • Космонавтика
    • Новости астрономии
    • Лекции по астрономии
    • Законы и формулы — кратко
  • Мир психологии
    • Физика и психология
    • Психологическая разгрузка
    • Воспитание и педагогика
    • Новости психологии и педагогики
    • Есть что почитать
  • Мир технологий
    • World Wide Web
    • Информатика для студентов
      • 1 курс
      • 2 курс
    • Программное обеспечение компьютерных сетей
      • Мои лекции
      • Для студентов ДО
      • Методические материалы
  • Физика школьникам
  • Физика студентам
  • Астрономия
  • Информатика
  • Индивидуальный проект
  • Арх ЭВМ и ВС
  • Методические материалы
  • Медиа-файлы
  • Тестирование
  • ПОКС

Как сказал.

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Список лекций по физике за 1,2 семестр

Ракетные двигатели — сложное, простыми словами

Полеты в космос и ракеты тема широко обсуждаемая в наше время. Но большинство из нас не представляют как работают двигатели ракет. Читайте краткий разбор темы с примерами.

Отличие ракетных двигателей от автомобильных, авиационных и других…

Различий много. Но самое важное то, что для работы ракетного двигателя по мимо горючего нужен и окислитель.

Залить горючее в бак и полететь не получиться по простой причине. Авиационные, автомобильные, судовые и другие двигатели функционируют в условиях плотной кислородсодержащей (окислитель) атмосферы.

Кислород, как известно, необходим для поддержания горения. Ракета плотные слои атмосферы преодолевает в течение короткой стадии полета, сразу же после старта. Поэтому, взять кислород для работы своих двигателей из атмосферы ракета она не может. И поэтому ее заправляют не только горючим, но и окислителем, как правило, кислородом.

Итак, ракетное топливо двухкомпонентное.

Само горючее, как правило это:

Окислитель:

Почему «окислитель»? Потому что горение, это и есть химическая реакция окисления, сопровождающаяся высокой скоростью реакций и выделением теплоты и света. (Кстати, образование ржавчины, тление и многие другие процессы также являются окислением, только не столь быстрым)

Есть топливные пары без кислорода. Например, гептил (горючее) – тетраоксид диазота (окислитель). Такая пара используется в двигателях ракет семейства «Протон». Гептил очень токсичен.

Виды движения в атмосфере

Чтобы добраться до космоса, «нужно пролететь атмосферу». Итак, есть несколько видов движения в атмосфере:

Баллистическое движение

Это движение тела в пространстве под действием внешних сил. Снаряды и пушечные ядра, боеголовки баллистических ракет и так далее – все это баллистическое движение. «Вагон-снаряд» отправленный на Луну французским писателем Жюлем Верном в научно-фантастическом романе «Из пушки на Луну», также.

Аэростатическое движение

Для создания подъемной силы используется заключенный в оболочке газ (или нагретый воздух) с плотностью меньшей, чем плотность окружающего воздуха.

Воздушные шары, аэростаты, дирижабли — все это летательные аппараты легче воздуха. Американская компания World View собиралась отправлять таким образом туристов в «ближний космос» (какой хороший маркетинговый термин), то есть на высоту 30 километров.

Аэродинамическое движение

Подъемная сила создается крылом самолета благодаря поступательному движению летательного аппарата, которое сообщает ему силовая установка — авиационный двигатель.

И наконец, Реактивное движение

Ракетные двигатели — это реактивные двигатели.

Под реактивным движением тела понимают такое движение, которое возникает при отделении от тела (ракеты) некоторой его части (горячие газы из сопла двигателя под высоким давлением) с определенной скоростью относительно него.

Таким образом, ракетный двигатель выбрасывает массу (горящее топливо) в одном направлении, а сам движется в противоположном. Процесс горения ускоряет массы топлива так, что они выходят из сопла ракеты на высокой скорости.

Это были принципы, теперь к устройству.

Начнем с простого

В жидкостных ракетных двигателях топливо и окислитель находятся в жидком состоянии в двух раздельных резервуарах. По трубопроводам они попадают в камеру сгорания. Здесь они перемешиваются и сгорают, создавая поток горячих газов с высокой скоростью и давлением. Эти газы проходят через сопло, которое еще больше их ускоряет, а после выходят, образуя реактивную тягу.

Кажется все просто? На самом деле нет!

Первая инженерная задача

Здесь и далее последовательность задач дана только для упрощения объяснения.

Ввиду высокой температуры горения, и значительного количества выделяемого тепла, даже малой его части достаточно для термического разрушения двигателя. Стенки камеры двигателя и сопло нужно охлаждать.

Но чем? Нужно максимально простое решение, чтобы не усложнять двигатель и не увеличивать его вес.

Самое распространенное: охлаждать одним из компонентов топлива, как правило, это горючее. В стенке камеры сгорания и верхней, наиболее нагреваемой части сопла создаются полости («рубашка охлаждения»), через которые перед поступлением в форсуночную головку камеры сгорания проходит горючее. Таким образом, холодная жидкость сначала циркулирует вокруг перегретых частей двигателя, чтобы охладить их, а затем попадает в камеру сгорания.

Компоненты топлива во многих случаях охлаждаются до более низких температур. Это позволяет повысить их плотность и поместить большее количество топлива в топливные баки. Даже керосин. Например, в Falcon 9 керосин охлаждается с 21 °C до −7 °C. Пр этом его плотность увеличивается на 2,5 %.

Вторая инженерная задача

Компоненты топлива сами в камеру сгорания не будут поступать. Нужны насосы. Они будут создавать высокое давление, чтобы преодолеть давление, которое создает в камере сгорания сжигаемое топливо.

Читать еще:  В какую сторону крутится двигатель ауди

Но нам снова, нужно чтобы двигатель и ракета были максимально простыми и легкими (насколько это можно). Решение нашлось. Часть топлива используется для работы насосов. Оно подается в небольшую камеру «предварительного» сгорания – газогенератор. Горячий газ из нее приводит в действие турбину, она – приводит в действие топливные насосы. Турбина одна. Насосов два – на одном валу.

Что дальше?

Что делать с топливом, которое прошло через газогенератор. Его после раскручивания турбины можно сбрасывать наружу. Именно так устроен двигатель Merlin (кислородно-керосиновый), используемый SpaceX на ракетах Falcon 9. Это, так называемая открытая схема.

Двигатель Merlin и его «выхлопная труба» – отводной патрубок для газов газогенератора / © SpaceX

Схема проста, но недостаточно эффективна. В создании тяги ракетного двигателя топливо, прошедшее через газогенератор, напрямую не участвует, а место в ракете занимает.

Можно его дожигать в камере сгорания. Как, например, в РД-180 (кислородно-керосиновый), который покупают у нас американцы для установки на первую ступень ракет семейства «Атлас» начиная с Atlas III.

Двигатель РД-180 это практически все самые известные космические миссии, которыми так гордится NASA: миссия к Плутону «Новые горизонты», миссия к Луне LRO и Марсу MRO, миссия к Юпитеру «Юнона», «Обсерватория солнечной динамики», «Марсианская научная лаборатория» (Curiosity), марсианский геолог и InSight, полет за грунтом астероида Бенну (OSIRIS-REx) аппарат для исследования атмосферы Марса MAVEN и многое другое.

Это схема называется закрытой. Горячий газ вначале вращает турбину турбонасосного агрегата, а затем подается в камеру сгорания, эффективно участвуя в создании тяги ракетного двигателя. Топливо не пропадает и полностью участвует в создании тяги. Такой двигатель гораздо сложнее. В двигателе закрытой схемы можно пропустить больше газа через турбонасосный агрегат, а значит, больше поднять давление в камере сгорания. Чем больше давление в камере сгорания, тем больше тяга. Высокое давление – большая эффективность двигателя.

Однако у него есть недостатки — высокая нагрузка на турбину двигателя, относительно высокие сложность и стоимость.

Зато двигатели Merlin имеющие низкое давление в камере сгорания достаточно просты в производстве и дешевы. Именно на них Илон Маск потеснил «Роскосмос» на рынке космических запусков и запустил в космос родстер Tesla.

Усложняем дальше

А еще можно все топливо пропускать через газогенератор . Такая схема называется полнопоточная закрытая. Мы делали такой двигатель в 60-х (РД-270), но в таких двигателях нужно два газогенератора и два турбонасосных агрегата, которые ведут в одну камеру сгорания и работают параллельно.

Однако вРД-270наблюдались низкочастотные пульсации в газогенераторе и камере. Возникла проблема в синхронизации совместной работы двух турбонасосных агрегатов. Они пытались пересилить друг друга и стабилизировать их без помощи быстродействующего бортового компьютера не удалось. Но такого в то время еще не было.

В феврале этого года Илон Маск объявил результаты тестирования двигателя Raptor (кислородно-метановый). Его получат ракета Super Heavy и корабль Starship. По заявлениям Маска его характеристики лучше, чем у РД-180. Высокое давление в камере сгорания обеспечено именно полнопроточной закрытой схемой.

Открытая, закрытая, полнопоточная закрытая схема / © Википедия/Познавательная копилка

Можно ли лучше?

Если проект Маска будет успешен, нам нужно будет делать что-то еще лучшее. Возможно, развивать трехкомпонентные двигатели многократного использования. При запуске такой двигатель работал бы на паре кислород/керосин, а на больших высотах керосин заменялся бы водородом.

Использование в одном двигателе комбинации двух горючих – углеводородного, обладающего высокой плотностью, и водорода, обеспечивающего высокие значения удельного импульса, может расширить возможности ракет-носителей.

Такой подход, позволит создать одноступенчатую возвращаемую ракету-носитель и заметно удешевить космические запуски и в будущем.

Несколько пояснений

Здесь, как видно из примеров, раскрыта самая популярная классическая схема, которая массово используется для выведения в открытый космос космических аппаратов: жидкостный ракетный двигатель. Но это все, что можно рассказать за три минуты.

А в целом ракетные двигатели делятся на:

Химические ракетные двигатели бывают жидкостными и твердотопливными (ускорители космического челнока Space Shuttle, например).

Но есть еще и гибридные двигатели использующий компоненты ракетного топлива в разных агрегатных состояниях — жидком и твердом. Например, двигатель космического челнока SpaceShipOne работающий на полибутадиене (твердый) и закиси азота (жидкость).

Двигатель

Люди не могли всё время зависеть от сил природы. Для облегчения своего физического труда они изобрели механизм, который мог преобразовывать какой-либо вид энергии в полезную работу. Его назвали двигателем. Их условно делят на первичные и вторичные. Первые превращают готовые природные ресурсы в механическую работу. Вторые используют энергию, накопленную или выработанную другими источниками.

Некоторые их виды:

  • Водяное колесо.
  • Ветряное колесо.
  • Паровая машина.
  • Двигатель Стирлинга.
  • Паровая турбина.
  • Двигатель внутреннего сгорания.
  • Электродвигатели.
  • Пневмодвигатели и гидромашины.
Читать еще:  Двигатель авто работает рывками

Водяное колесо – одно из самых древних изобретений. Его широко применяли ещё народы стран Древнего мира. Оно трансформирует потенциальную энергию падающей воды во вращение, которое передаётся на исполняемые механизмы.

В двигателе внутреннего сгорания для получения полезной работы используется эффект резкого расширения топливовоздушной смеси при воспламенении в замкнутом пространстве. Полученные газы давят на поршень и перемещают его. Возвратно-поступательное движение последнего преобразуется кривошипно-шатунным механизмом во вращательное.

Электродвигатели для своей работы используют электричество, которое получено на других устройствах. Они могут питаться с помощью прямого подключения к сети или от накопительного источника (батарея, аккумулятор).

Таким образом, любое устройство, которое получает механическую энергию из её другого вида можно назвать двигателем. Например, велосипедист является таким для своего двухколёсного друга. Он получает химическую энергию от пищи, а отдаёт велосипеду механическую через вращение педалей.

Промышленные электродвигатели: для чего они нужны и как их подобрать

  • 22 декабря 2016 00:05:00
  • Отзывов:
  • Просмотров: 624

Перед вами стоит задача выбора нового электродвигателя? Начните с детального изучения принципа его работы. Подобрать качественный механизм вам также поможет понимание его основных параметров. В противном случае вы просто рискуете выкинуть деньги на ветер. Хотите подобрать качественный электродвигатель?

Что такое электродвигатель?

Электродвигатель — это механизм, трансформирующий электричество в энергию вращения и приводит в действие различное оборудование: вентиляторы, редукторы, насосы и др.

Зачем нужен электродвигатель?

Электромотор нужен для работы самых различных промышленных приборов от конвейеров до насосного оборудования. Он такой мощный, что сможет привести в действие механизм, который способный поднимать объекты в два раза тяжелее веса электродвигателя на высоту 3 м/сек. Что самое интересное – внутри него нет ни одной механической детали, только магниты (Фото 1).


Фото 1. Внутренности электродвигателя.

Как подобрать электродвигатель?

Для подбора электродвигателя нужно рассмотреть его по следующим параметрам:

1. Самым важным параметром является серия электродвигателя (например, АИР, АИРС, АДС, АИМ). Для продуктивной и исправной работы выбирайте двигатели той же серии, либо аналоги. Это связанно с тем что двигатели разной серии обладают различными характеристиками.

2. Монтажное исполнение (фланец, лапы) зависит от того в какой плоскости будет расположено оборудование.

3. Мощность электродвигателя выбирают такую чтобы она была не слишком маленькой или через чур большой.

4. Напряжение сети выбирают исходя из необходимости 220 или 380 В.

5. Вращение вала необходимо подбирать исходя из оборудования, к которому электромотор будет подключен (например, частота вращения вала 3000 об/мин это возможный максимум).

6. Степень защиты IP показывает на сколько двигатель защищен от воздействия окружающей среды (пыль, влага и т.д.)

7. Климатическое исполнение для Украинского климата УХЛ (холодный климат +40 °C до -60 °C), для других условий будут другие исполнения (например, У, Т, ОМ).

Есть еще уйма других параметров, но мы советуем обратить внимание именно на выше перечисленные.

Как узнать мощность электродвигателя?

Самый простой способ определения посмотреть на шильдик (Фото 2) электродвигателя и посмотреть величину на писанную в кВт (киловатт, kW) или найти в паспорте на электродвигатель. Если электродвигатель «без бирки» его мощность можно определить с помощью обычного электросчетчика. Для этого выключите все приборы, которые потребляют электричество из сети. Затем включите электродвигатель и пусть поработает около пяти минут. Электронное табло счетчика покажет нагрузку в кВт.

Внимание. Мощность электродвигателя под нагрузкой или без неё будет отличаться!


Фото 2. Шильдик электродвигателя асинхронного АИР71А6У2

Для другого способа можно использовать индукционный счетчик. Записываете точные показания счетчика, включаете электромотор ровно на десять минут. Теперь отнимите от больших показаний меньшие и умножьте на шесть, полученный результат и будет мощностью вашего электродвигателя.

Маломощный тип электродвигателя можно просчитать с помощью оборотов диска на счетчике. Считаем сколько полных оборотов счетчик сделает в течение минуты, смотрим сколько написано на счетчике оборотов. Таким образом число оборотов в минуту умножаем на 60 минут и получаем количество оборотов/час. Обороты счетчика делим на полученные обороты и теперь мы знаем мощность электродвигателя.

Асинхронные двигатели — сложные механизмы, основной задачей которых является привод в действие различного оборудования. Не правильный выбор или некорректная настройка могут привести к перегреву и, как следствие, выходу из строя электродвигателя. Во избежание неприятных последствий советуем детально изучить принцип работы двигателя до его приобретения.

Подбор электродвигателя по параметрам без шильдика, задача не из легких, поэтому обращайтесь за помощью к специалистам нашей компании любым удобным для вас способом. Для тех, кто знает какой промышленный электродвигатель им нужен полный каталог производителя на сайте по ссылке.

Паровые двигатели

В паровых двигателях обычно используются цилиндры двустороннего действия. Однако ранние паровые двигатели, такие как атмосферные двигатели и некоторые пучковые двигатели, были одностороннего действия. Они часто передавали свою силу через балку с помощью цепей и «дугообразной головки», поскольку требовалось только натяжение в одном направлении.

Там, где они использовались для откачки шахтных стволов и должны были действовать против нагрузки только в одном направлении, конструкции одностороннего действия использовались в течение многих лет. Главный толчок к созданию цилиндров двойного действия пришел, когда Джеймс Ватт пытался разработать двигатель с вращающейся балкой , который можно было бы использовать для привода механизмов через выходной вал. В одноцилиндровом двигателе цилиндр двустороннего действия давал более плавную выходную мощность. Двигатель высокого давления, разработанный Ричардом Тревитиком , использовал поршни двустороннего действия и впоследствии стал образцом для большинства паровых двигателей.

Читать еще:  Чем отличаются двигатели соляриса

Некоторые из более поздних паровых двигателей, высокоскоростных паровых двигателей , использовали поршни одностороннего действия новой конструкции. Крейцкопфа не стала частью поршня, и не было больше никакого поршневой шток. Это произошло по тем же причинам, что и для двигателя внутреннего сгорания, поскольку отказ от поршневого штока и его уплотнений позволил создать более эффективную систему смазки картера .

В небольших моделях и игрушках часто используются цилиндры одностороннего действия по вышеуказанной причине, а также для снижения производственных затрат.

Викискладе есть медиафайлы по теме паровых двигателей одностороннего действия .

Виды ДВС

Можно выделить поршневые ДВС. Они наиболее эффективные. Это подтвердит человек, который имеет навыки обслуживания и ремонта двигателей, – машинист ДВС. Что это такое? Устройство данного мотора следующее: камера сгорания расположена внутри цилиндра, тепловая энергия превращается в механическую при помощи шатунно-поршневого кривошипного механизма, энергия передается коленчатому валу.

Существуют также и дизельные агрегаты. Тем, кто не знал, что такое ДВС в машине, стоит познакомиться с этим типом мотора подробнее. Здесь топливная смесь поджигается без использования свечей. Воспламеняется она за счет сжатия воздуха, который в результате нагревается до температур, превышающих значения горения смеси. Топливо впрыскивается при помощи специальных форсунок.

Роторно-поршневой двигатель – это довольно интересный агрегат. Что такое ДВС в автомобиле данного типа? Сейчас такое устройство встречается достаточно редко. В этом механизме тепловая энергия от сгорания превращается в механическую при помощи рабочих газов, которые вращают ротор в рабочей камере. Механизм имеет особенную форму, профиль и двигается по «планетарной» траектории непосредственно внутри рабочей камеры. Последняя имеет также особую конфигурацию – «8», а функции ее – ГРМ, поршневая группа и коленчатый вал. Сейчас все знают, что такое ДВС в авто уже практически не используется.

Существуют и газотурбинные двигатели. Здесь энергия превращается в механическую при помощи вращения ротора, который заставляет двигаться вал турбины. В ходе доработок и экспериментов ученые и инженеры со всего мира определили, что самый эффективный, надежный, неприхотливый, а также экономичный в плане горючего и масла – это поршневой ДВС.

Прочие виды двигателей, кроме поршневого, остались далеко в истории. Рассматривая вопрос о том, что такое ДВС в машине, стоит отметить, что роторно-поршневой мотор изготавливает сейчас только концерн Mazda. На Chrysler было собрано несколько газотурбированных моторов, однако это было очень давно, и никто из серьезных автопроизводителей не оценил эти агрегаты. В СССР газотурбированные двигатели использовали на некоторых танках и военных кораблях. Однако затем от технологии и вовсе отказались.

Принцип работы электродвигателя переменного тока

Способ 2. Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.

Рис. 6 Статор электродвигателя

А есть значит 3 фазы переменного тока.

Рис. 7

Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.

Эти три фазы укладывают в статор специальным образом, чтобы они геометрически были повернуты друг к дружке на 120°.

Рис. 8

И тогда при подаче трёхфазного питания получается само собой за счёт складывания магнитных потоков от трёх обмоток вращающееся магнитное поле.

Рис. 9 Вращающееся магнитное поле

Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.

Но здесь есть тоже различия, два разных способа.

Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель).

Подаём значит на рамку напряжение (постоянное), рамка выставляется по магнитному полю. Помните рис.1 из самого начала? Вот так рамка и становится.

Рис. 10 (Рис.1)

Но поле магнитное у нас тут вращается, а не просто так висит. Рамка чего будет делать? Тоже будет вращаться, следуя за магнитным полем.

Они (рамка и поле) вращаются с одинаковой частотой, или синхронно, поэтому такие двигатели называются синхронными двигателями.

Способ 2б. Рамка не запитывается (асинхронный двигатель).

Фишка в том, что рамка не запитывается, совсем не запитывается. Просто проволока такая замкнутая.

Когда мы начинаем вращать магнитное поле, по законам электромагнетизма в рамке наводится ток. От этого тока и магнитного поля получается сила Ампера. Но сила Ампера будет возникать только если рамка движется относительно магнитного поля (известная история с опытами Ампера и его походами в соседнюю комнату).

Так что рамка всегда будет отставать от магнитного поля. А то, если она его вдруг почему-то догонит, то пропадёт наводка от поля, пропадёт ток, пропадёт сила Ампера и всё вообще пропадёт. То есть, в асинхронном двигателе рамка всегда отстаёт от поля и частота у них значит разная, то есть вращаются они асинхронно, поэтому и двигатель называется асинхронным.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector