Silnik

Silnik to maszyna zamieniająca doprowadzoną energię na pracę mechaniczną.

Energia ta w większości przypadków odbierana jest od obracającego się wału, czyli wykorzystuje się moment obrotowy. Natomiast w innych silnikach takich jak silnik odrzutowy ważniejsza jest wytworzona siła pchająca.

Najważniejszymi wielkościami charakteryzującymi silnik są:

·         Moc – uzyskiwana z wału

gdzie:

M – moment na wale

ω – prędkość kątowa

·         sprawność

·         siła ciągu – dla silników lotniczych

·         impuls właściwy - dla silników rakietowych

Sprawność

Sprawność to miara zdolności urządzenia, organizmu lub procesu do przekształcania jednej postaci energii w inną.

Można to zapisać następująco:

gdzie:

η - sprawność,

Eu - energia użyteczna,

Ed - energia dostarczona.

Wrażana jest w jednostkach bezwzględnych, lub procentach. Z zasady zachowania energii wynika, że sprawność dla dowolnej formy energii użytecznej nie może być większa od jedności (czyli 100%). Patrząc na to inaczej: suma sprawności dla różnych form energii wyjściowej musi być równa jedności.

Moc

Moc jest wielkością fizyczną określającą ilość pracy wykonaną w jednostce czasu przez układ fizyczny. Jednostką mocy w układzie SI jest wat (W).

Z definicji moc zapisujemy jako:

Inne pozaukładowe jednostki mocy: erg na sekundę, kilogramometr na sekundę, koń mechaniczny (KM), koń parowy (HP).

Moc rozwijana przez człowieka i zwierzęta podana jest w: silnik żywy.

Typy silników

W zależności od rodzaju wykorzystywanej energii:

1.  silnik cieplny

o        silnik o spalaniu wewnętrznym - silnik spalinowy, silnik rakietowy

o        silnik o spalaniu zewnętrznym - maszyna parowa, turbina parowa

2.  silnik elektryczny

3.  silnik hydrauliczny

4.  silnik pneumatyczny

5.  silnik Stirlinga

6.  silnik słoneczny

7.  silnik wiatrowy - wiatrak

8.  silnik wodny - koło wodne, turbina wodna

9.  silnik DSIM

10.                   silnik HE - hydroelektryczny

11.                   silnik żywy - człowiek, zwierzę - nazwa aktualnie bardzo rzadko używana

W zależności od elementu odbierającego energię:

1.  tłokowe - silnik spalinowy (silnik tłokowy)

2.  turbinowe

3.  bez takiego elementu - silnik rakietowy

Historia silników i napędu mechanicznego

·         przed 200 p.n.e. - koło wodne

·         140 p.n.e. - bania Herona (turbina parowa) - Heron

·         ok. 120 p.n.e. - mechanizm otwierania drzwi świątyni - pierwszy znany mechanizm napędzany parą

·         107 p.n.e. - wiatrak

·         1605 - Fontanna parowa Salomona de Causa

·         ok. 1628 - podnośnik wody Somerseta

·         1690 - Silnik Denisa Papina - pierwszy tłokowy silnik parowy

·         1699 - podnośnik wody Thomasa Savery'ego - pierwszy przypadek plagiatu

·         1712 - silnik atmosferyczny Thomasa Newkonena

·         1782 - maszyna parowa, patent James Watt - pierwsza, szerzej zastosowana w przemyśle

·         1788 - dodanie regulatora odśrodkowego obrotów

·         1816 - silnik Stirlinga - Robert Stirling

·         1821 - silnik elektryczny - Michael Faraday

·         1876 - czterosuwowy silnik benzynowy - Nikolaus Otto

·         1892 - silnik Diesela - Rudolf Diesel

·         1888 - silnik indukcyjny - Nikola Tesla

·         1960 - silnik Wankla

·         9 września 1992 - silnik Woźniaka

·         28 marzec 2005 - silnik DSIM

Silnik spalinowy

Silnik spalinowy - silnik wykorzystujący ciśnienie gazów spalinowych, uzyskanych w wyniku chemicznej reakcji spalania, do wytworzenia siły.

Istnieje kilka podziałów silników spalinowych, według różnych kryteriów. Poszczególne konkretne silniki zazwyczaj daje się sklasyfikować w kilku z tak powstałych klasyfikacji.

Ze względu na sposób spalania można wyróżnić silniki spalinowe spalania otwartego i zamkniętego. Silniki spalania otwartego nie uszczelniają przestrzeni, w której następuje reakcja spalania. Silniki spalania zamkniętego przeprowadzają reakcję spalania w szczelnej komorze.

Ze względu na czynnik roboczy można wyróżnić silniki spalinowe tłokowe, turbinowe oraz reakcyjne.

Najczęściej spotykane konfiguracje:

·         silnik spalinowy tłokowy o ruchu posuwisto-zwrotnym tłoka, najczęściej spotykana jednostka napędowa samochodów, jako napęd główny i pomocniczy siłowni okrętowych a nawet jako napęd generatorów awaryjnych w elektrowniach atomowych. Moce największych silników okrętowych sięgają 60000 kW a średnice cylindra 1050 mm. Jest to silnik spalania zamkniętego.

·         silnik spalinowy tłokowy o tłoku rotacyjnym, zwany też silnikiem Wankla, spotykany w motoryzacji, jest to silnik spalania zamkniętego.

·         silnik Stirlinga o chemicznym źródle ciepła (silnik tego typu może też korzystać z innych źródeł ciepła, niż spalanie), jest to silnik spalania otwartego.

·         silnik odrzutowy przepływowy - jest to silnik reakcyjny, spalania otwartego, używany głównie w lotnictwie

·         silnik rakietowy - jest to silnik reakcyjny, spalania otwartego, przy czym spotyka się eksperymentalne konstrukcje o niechemicznych źródłach energii.

Silnik tłokowy

Silnik gwiazdowy

Silnik tłokowy gwiazdowy

Silnik tłokowy – silnik, który do wytwarzania pracy wykorzystuje tłoki poruszające się w cylindrach. Tłoki najczęściej są połączone z wałem korbowym, od którego odbierany jest moment obrotowy.

...