Tepelné motory

Čtyřtakt

Motor u kamionu

Tepelný motor je stroj, který přeměňuje část vnitřní energie paliva na mechanickou práci (po schoření paliva se energie změní na pohybovou) - jsou to hnací stroje. Účinnost motoru se bere dle toho, jaký máme ohřívač a chladič. Ideální tepelný motor má vyšší teplotu ohřívače a nižší teplotu chladiče.

Tepelné motory můžeme rozdělit na "parní motory" a na "spalovací motory". Mezi parní motory patří parní stroj a parní turbína - a pracovní látkou je vodní pára, která se získává v parním kotli mimo vlastní motor. Mezi spalovací motory patří plynová turbína, zážehový a vznětový motor či proudový anebo raketový motor. Pracovní látkou u spalovacího motoru je plyn, který vzniká hořením paliva uvnitř motoru.

Vnitřní energie anebo také termodynamická energie tělesa je extenzivní veličinou představující v celosvětovém popisu souhrn energií všech částic, z nichž se těleso skládá.

Nemusí se však jednat o kinetickou anebo potenciální energii, ale také o elektrickou a chemickou. Vnitřní energie ovlivňuje vlastnosti a stav látky - například kinetická energie částic se projevuje jako teplota tělesa (čím je rychlejší pohyb částic, tím je vyšší teplota tělesa). Vnitřní energie ve své podstatě určuje tepelný stav a skupenství látky.

Mechanická práce:

Jedná se o děj, kdy síla působící na fyzikální těleso posouvá tímto tělesem anebo jeho částí po určité dráze. Zároveň je to i fyzikální veličina, která vyjadřuje množství práce.

Při mechanickém ději v izolované soustavě vyjadřuje mechanická práce předávání mechanické energie mezi tělesy či systémy těles. Těleso, které koná mechanickou práci, ztrácí mechanickou energii a těleso, na kterém je práce vykonávaná zase mechanickou energii získává.

Mechanická práce jakožto veličina udává velikost této předané energie. Práce vykonaná za jednotku času se nazývá výkon.

Motor s vnějším spalováním:

Jedná se tepelný stroj, který využívá tlakovou energii plynu získanou spálením paliva, ale vždy mimo motor - energie v motoru následně vykonává práci. Pracovní látkou může být ohřátý plyn. Tyto motory nezvládají takový výkon jako spalovací, což je u některých technologických prvků velký problém. Mají však v jistých věcech větší sílu než spalovací. Dosahují také nižších emisí oxidů dusíku. 

Parní turbína:

Jedná se o točivý tepelný stroj, který převádí tlakovou a kinetickou energii páry, přicházející z generátoru páry (parního kotle) na energii mechanického rotačního pohybu hřídele osy stroje. Parní turbínu vynalezl v roce 1884 Charles A. Parsons, následně poté byla tato turbína zdkonalena a brzy nahradila i parní stroj, který byl ve své době hojně využíván. 

Parní stroj se skládá z jednoho anebo několika postupně se zvětšujících lopatkových kol - nepohyblivá lopatková kola, co jsou součástí statoru stroje (stator je nepohyblivá část stroje). Výše zmíněná lopatková kola se nazývají rozváděcí. Součástí parního stroje je i pohyblivá část, která je spojena s rotující osou, co je umístěna na hříděli. Tato část se nazývá oběžná a pokud jí propojíme s hřídělí, tak se jedná o rotor.

První mechanický parní stroj vymyslel a zprovoznil vynálezce Héron Alexandrijský a to již v 1. století našeho letopočtu. Ve své podstatě se jednalo pouze o hračku, pro níž praktické využití nikdy nenašel. Tento vynález později vylepšil skotský vynálezce James Watt, který si jej v roce 1765 dokonce i přivlastnil a vydával jej za svůj.

Popis práce parního stroje:

Pára z kotle je přes regulátor vedena do ústrojí vnitřního rozvodu (nejčastěji šoupátkové komory) a odtud je rozdělována do válce. Tam svým tlakem způsobuje pohyb pístu. Použitá pára je opět přes šoupátkovou komoru vypouštěna ven. Posuvný pohyb pístu je přes pístní tyč, křižák a ojnici přenášen na kliku, která posuvný pohyb převádí na otáčivý (rotační).

Část výkonu stroje je odebírána ústrojím vnějšího rozvodu, které řídí nucený pohyb částí vnitřního rozvodu (šoupátka, řidčeji ventilů), usnadňuje rozběh stroje, umožňuje nastavit stupeň plnění válce a také změnu směru otáčení (reverzaci), je-li požadována.

Animované schéma parního stroje najdete zde:  https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotivn%C3%AD_parn%C3%AD_stroj

Parní turbíny se rozdělují dle účinnosti na vysokotlaké, nízkotlaké a středotlaké. Občas se do tohoto rozdělení řadí i tzv. "regenerátory páry".

Parní turbína se nejvíce využívá především v energetice pro pohon alternátoru tepelných elektráren a to bu´dto jaderných anebo klasických uhelných.

Součástí parní turbíny je tedy hřídel, který je s hřídělí alternátoru spojen pevnou spojkou a využívá se například jako lodní pohon u parníku, bitevní loďi či u jaderné ponorky.

Hřídel: je podlouhlá rotační součástka stroje. Z větší části jsou na ni připevněny další součásti, které se spolu s hřídelí otáčejí kolem její osy. sama hřídel je upevněna pomocí jednoho nebo několika ložisek. Dle funkce a namáhání se hřídele dělí na nosné a na hybné.

Součástí hřídelů jsou vždy minimálně dva hřídelové čepy (radiální), které slouží k upevnění hřídelů a to vždy za pomoci ložisek.

Čepy můžeme rozdělit na nosné (jsou chyceny pěvně v rámu a otáčí se na nich součásti anebo se otáčí hřídel s uchycenými částmi) a hybné (jedná se o otočné čepy, které přenáší kroutící moment a jsou na nich upevněny strojní součásti - ozubená kola).

Parní stroj je pístový tepelný stroj (spalovací motor) s vnějším spalováním, který přeměňuje tepelnou energii vodní páry na energii mechanickou. První parní stroj, no ve své podstatě první parní automobil v ČR byl sestaven na počátku 19. století a to vynálezcem a inženýrem Františkem Josefem Gerstnerem.