Zasada działania silników cieplnych

1. Podział silników cieplnych
Przez silnik cieplny przepływa substancja charakteryzująca się dużymi zmianami ob-jętości właściwej przy zmianach temperatury i ciśnienia, zwana czynnikiem pracują-cym.
Ze względu na rodzaj czynnika pracującego silniki dzieli się na: s. spalinowe i s. pa-rowe.
Ze względu na sposób wykorzystania energii czynnika silniki dzieli się na: s. tłokowe, s. turbinowe i s. odrzutowe.
2. Zasada działania silnika parowego.
Silnik parowy jest to silnik cieplny, który zamienia energię pary wodnej na energię mechaniczną.
Silnik parowy tłokowy dokonuje zamiany energii cieplnej pary na pracę mechaniczną przez bezpośrednie działanie pary na tłok silnika umieszczony w cylindrze. Prostoli-niowy ruch tłoka zamieniany jest na ruch obrotowy wału za pośrednictwem mechani-zmu korbowego.
Silnik parowy wirnikowy dokonuje zamiany energii pary pośrednio, zamieniając ją najpierw w energię kinetyczną, która z kolei zamienia się na pracę mechaniczną, przy czy, uzyskujemy od razy ruch obrotowy wału.
3. Zasada działania silnika spalinowego – tłokowego
W spalinowych silnikach tłokowych stosowany jest najczęściej posuwisto-zwrotny ruch tłoka. Są to silniki suwowe. W doświadczalnych silnikach obrotowych zastoso-wano obrotowy ruch tłoka. Przesunięcie tłoka pomiędzy dwoma kolejnymi położe-niami zwrotnymi tłoka nazywa się suwem tłoka. W zależności od liczby suwów tłoka, po wykonaniu których zjawiska w silniku powtarzają się rozróżnia się: s. czterosuwo-we i s. dwusuwowe.
Do cylindra silnika może być doprowadzana uprzednio przygotowana mieszaka palna z powietrza i paliwa ciekłego w gaźniku (s. gaźnikowe) lub powietrza i paliwa gazo-wego w mieszalniku (s. gazowe). W silnikach wtryskowych następuje wtrysk paliwa do powietrza sprężonego w cylindrze.
Zapłon mieszanki paliwa z powietrzem może być spowodowany iskrą elektryczną (s. o zapłonie iskrowym), rozżarzonym elementem głowicy (s. z głowicą żarową) lub też może następować samoczynnie na skutek nagrzania powietrza podczas sprężania po-wyżej temperatury samozapłonu paliwa (s. o zapłonie samoczynnym).
Zaletami silnika dwusuwowego w porównania z czterosuwowym są: prostsza kon-strukcja, prostsza obsługa i naprawa. Wadami zaś są: duże zużycie paliwa przy zasila-niu gaźnikowym.
4. Zasada działania silnika spalinowego – turbinowego.
Silnik spalinowy – turbinowy ma przynajmniej jedną turbinę wykonującą pracę uży-teczną, zwaną turbiną napędową. Najczęściej silnik spalinowy – turbinowy jest silni-kiem o spalaniu wewnętrznym. Do silnika zasysane jest powietrze z otoczenia. Spali-ny o temperaturze i ciśnieniu wyższych od ciśnienia i temperatury otoczenia wytwa-rzane są zazwyczaj w wirnikowej, rzadziej w tłokowej wytwornicy spalin.
W pierwszym przypadku powietrze sprężane jest w sprężarce wirnikowej. Sprężone powietrze przepływa przez komorę spalania, do której wtryskiwanej jest przez wtry-skiwacz paliwo. Po rozprężeniu w jednej lub kilku turbinach do ciśnienia otoczenia spaliny usuwane są z silnika. W silnikach dużych mocy stosowane są sprężarki i tur-biny osiowe. W silnikach małych mocy stosowane są sprężarki promieniste oraz tur-biny osiowe i promieniste.
W silnikach turbinowych bez odzyskiwania ciepła ze spalin temperatura czynnika przepływającego między sprężarką a turbiną wzrasta tylko na skutek spalania paliwa w komorze spalania.
W silnikach turbinowych z odzyskiwaniem ciepła ze spalin temperatura czynnika ze sprężarką wzrasta początkowo w wymienniku ciepła, na skutek ogrzewania powietrza wypływającego ze sprężarki spalinami wypływającymi z turbiny, s a następnie na sku-tek spalania paliwa w komorze spalania. Odzyskiwanie ciepła ze spalin zwiększa sprawność silnika.
5. Zasada działania silnika odrzutowego.
Silniki odrzutowe napędzają samoloty lub pociski rakietowe przez bezpośrednie wy-korzystanie siły reakcji strumienia spalin wypływających z dużą prędkością z dyszy silnika. Siła ta nazywana jest ciągiem silnika.
Silniki odrzutowe przelotowe pobierają tlen potrzebny do spalania z powietrza atmos-ferycznego dopływającego do silnika.
Powietrze dopływające do silnika jest sprężane adiabatycznie w części wlotowej silni-ka, ukształtowanej jako dyfuzor, na skutek zmniejszenia prędkości przepływu (obieg Braytona). W silnikach przelotowych sprężarkowych powietrze jest sprężane dalej adiabatycznie w sprężarce osiowej lub promienistej, po czym przepływa do komory spalania. Proces spalania w komorze spalania przebiega prawie izobarycznie (35% spadek ciśnienia). Temperatura spalin przed turbiną nie może przekraczać 1200 K przy obecnie stosowanych materiałach na łopatki turbin.