Большая Советская Энциклопедия (ДВ)

Большая Советская Энциклопедия

Во второй половине 19 в. в процессе дальнейшего совершенствования энергетической базы производства были созданы два новых типа тепловых Д.: паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания (Д. в. с.). В паровых турбинах, получивших распространение после 1884 (патенты английского учёного Ч. Парсонса, шведского изобретателя К. Лаваля), энергия пара преобразуется в энергию вращающегося вала без кривошипно-шатунного механизма. Паровые турбины открыли широкие возможности наращивания мощности единичного агрегата и стали основным Д. крупных электрических станций. С начала 20 в. мощность паровых турбин непрерывно увеличивается, достигнув в 60-х гг. 20 в. 1200 Мвт в одном агрегате.

Первый практически пригодный Д. в. с. был сконструирован в 1860 французским механиком Э. Ленуаром. В 1876 Н. Отто в Германии создал более совершенный 4-тактный газовый Д. По сравнению с паровой машиной Д. в. с., освобожденный от парокотельного агрегата, имел более высокий кпд, был более простым и компактным Д. В 1897 немецкий инженер Р. Дизель ,

работая над повышением эффективности Д., предложил Д. в. с. с воспламенением от сжатия (см. Дизель ). Дальнейшее усовершенствование этого Д. позволило применить в качестве дешёвого топлива нефть, в результате чего Д. в. с. становится экономичным стационарным Д. В то же время Д. в. с. получает широкое распространение на транспорте. В 60-е гг. 20 в. около 80% суммарной мощности всех существующих Д. падает на долю транспортных (см. Автомобильный двигатель , Судовой двигатель ). Например, общая мощность автомобильных Д. во всех странах мира превысила 11 млрд. квт (15 млрд. л. с. ).

Параллельно с развитием тепловых Д. совершенствовалась конструкция первичных гидравлических Д., особенно гидротурбин (проекты французского инженера Б. Фурнерона, американского А. Пелтона, австрийского В. Каплана и др.). Создание мощных гидротурбин позволило строить гидроэнергетические агрегаты большой мощности (до 600 Мвт ) и создавать крупные ГЭС в местностях, где имеются большие реки, водопады и т. п.

Важнейшие сдвиги в развитии энергетической базы промышленного производства были связаны с изобретением и применением двигателей электрических . В 1831 английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, а в 1834 русский учёный Б. С. Якоби создал первый электрический Д. постоянного тока, пригодный для практических целей. Однако только с 70-х гг. 19 в. Д. постоянного тока получают широкое применение благодаря созданию источников дешёвой электроэнергии (генераторов постоянного тока) и усовершенствованию конструкции Д. электротехниками А. Пачинотти в Италии и З. Граммом в Бельгии. В 1888—89 русский инженер М. О. Доливо-Добровольский создал трёхфазную короткозамкнутую асинхронную электрическую машину (см. Асинхронный электродвигатель ). В последующие годы конструкция электрических машин совершенствовалась, были созданы электрические Д. в широком диапазоне мощностей — от долей вт до десятков Мвт. Асинхронные электрические Д. просты в изготовлении, надёжны в эксплуатации, что обусловило их широкое распространение в промышленности. Электропривод в 20 в. стал основным фактором развития энергетики, обусловив постепенное её расчленение на две самостоятельные системы. Первичные Д. (например, турбогенераторы, гидрогенераторы) концентрируются преимущественно на тепловых электростанциях и ГЭС, а электрические Д. образуют параллельную систему конечных приёмников тока, установленных на предприятиях различных отраслей народного хозяйства. Электрические Д. получают также широкое применение в бытовом обслуживании (швейные, стиральные, кухонные машины, холодильники, электробритвы и т. п.).

В первой половине 20 в. были созданы новые типы практически пригодных тепловых Д. — газовая турбина , реактивный двигатель , ядерная силовая установка . Газовые турбины стали основой авиационного двигателестроения (см. Авиационный двигатель ), распространяются в локомотивостроении (газотурбовозы), на автомобилях и т. д. Реактивные Д. позволяют реализовать огромные мощности в одном агрегате. Суммарная мощность Д. ракеты, которая в 1961 вывела на орбиту первый космический корабль «Восток», пилотируемый Ю. А. Гагариным , составляла 14 млн. квт (около 20 млн. л. с .), что примерно равно мощности всех электростанций СССР в 1948. Мощность Д. ракеты-носителя «Протон» (1965—68) превышала 45 млн. квт (около 60 млн. л. с .) (см. также Ракетный двигатель ).

В промышленности СССР свыше 85% мощности сосредоточено в электрических Д. и установках. В сельском хозяйстве в 1968 на долю Д. в. с. приходилось около 90% общей мощности Д. (см. Тракторный двигатель ). Мощность Д. в народном хозяйстве СССР непрерывно растет. В 1967 мощность выпущенных Д. увеличилась по сравнению с 1960 в 1,8 раза и составила по паровым и гидравлическим турбинам 14,7 млн. квт, по дизелям (без автотракторных) 11 млн. квт. В том же 1967 было выпущено свыше 5 млн. электрических Д. суммарной мощностью около 30 млн. квт.

Для обеспечения сложных по режиму условий работы применяется комбинирование Д. различных типов, например паровые турбины устанавливаются совместно с Д. в. с. или газовыми турбинами, разрабатываются проекты комбинированных ракетных Д., в которых сочетаются реактивные и жидкостные ракетные Д. (например, турборакетные или ракетно-прямоточные).

Рост энергосистем, комплексная механизация и автоматизация производства, совершенствование транспорта, расширение космических исследований определяют пути дальнейшего развития Д. Непрерывно увеличивается мощность первичных Д. электрических станций, совершенствуется их конструкция, ведутся работы по созданию установок термоядерного синтеза, Д. внешнего сгорания, новых типов ракетных двигателей (ионных, плазменных, фотонных и др.). Для транспортного двигателестроения важными являются работы по созданию экономичных роторных беспоршневых и роторно-поршневых Д. в. с. (см., например, Ванкеля двигатель ), электрических автомобильных и малогабаритных атомных Д. За рубежом (США) ведутся работы по использованию для автомобильного транспорта Д. внешнего сгорания (см. Стирлинга двигатель ) в комбинации с электрическим Д. Важнейшим направлением развития энергетической техники во второй половине 20 в. является преобразование химической и тепловой энергии топлива при помощи топливных элементов и магнитогидродинамических генераторов непосредственно в электрический ток для питания Д. Развитие атомной энергетики, реактивной техники, безмашинных генераторов тока в соединении с Д. большой мощности откроет новые перспективы в развитии производительных сил общества.

Лит. см. при статьях об отдельных видах двигателей.

А. А. Пархоменко.

Двигатель внутреннего сгорания

Дви'гатель вну'треннего сгора'ния, тепловой двигатель , в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.

Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован французским механиком Э. Ленуаром (1860). В 1876 немецкий изобретатель Н. Отто построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в. с. По сравнению с паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более прост, т. к. устранено одно звено энергетического преобразования — парокотельный агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с., меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).

В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 нем. инженер Р. Дизель , работая над повышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого Д. в. с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне «Русский дизель») в 1898—99 позволило применить в качестве топлива нефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с Д. в. с. Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям О. и У. Райт построить первый самолёт с Д. в. с., начавший свои полёты в 1903. В том же 1903 рус. инженеры установили Д. в. с. на судне «Вандал», создав первый теплоход. В 1924 по проекту Я. М. Гаккеля в Ленинграде был создан первый удовлетворяющий практическим требованиям поездной тепловоз.

По роду топлива Д. в. с. разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные. По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха — на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. К двигателям с внешним смесеобразованием относятся карбюраторные, в которых горючая смесь из жидкого топлива и воздуха образуется в карбюраторе , и газосмесительные, в которых горючая смесь из газа и воздуха образуется в смесителе. В Д. в. с. с внешним смесеобразованием зажигание рабочей смеси в цилиндре производится электрической искрой. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизелях ) топливо самовоспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры.

Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного Д. в. с. совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. При 1-м такте — впуске поршень движется от верхней мёртвой точки (в. м. т.) к нижней мёртвой точке (н. м. т.). Впускной клапан при этом открыт (рис. 1 ) и горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр. В течение 2-го такта — сжатия, когда поршень движется от н. м. т. кв. м. т., впускной и выпускной клапаны закрыты и смесь сжимается до давления 0,8—2 Мн/м² (8—20 кгс/см² ). Температура смеси в конце сжатия составляет 200—400°C. В конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива. Сгорание имеет место при положении поршня, близком кв. м. т. В конце сгорания давление в цилиндре составляет 3—6 Мн/м² (30—60 кгс/1см² ), а температура 1600—2200°C. 3-й такт цикла — расширение называется рабочим ходом; в течение этого такта происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу. 4-й такт — выпуск происходит при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. при открытом выпускном клапане. Отработавшие газы вытесняются поршнем.