Двигуни

Двигун – це пристрій, призначений для перетворення будь-якої форми енергії (теплової, електричної, хімічної, механічної) в механічну роботу. Механічна робота зазвичай проявляється у вигляді обертального або поступального руху вихідного валу або поршня. Двигуни є основою багатьох технологій, що використовуються в сучасному світі, від автомобілів та літаків до електростанцій та побутової техніки.

Існує велика різноманітність типів двигунів, які класифікуються за джерелом енергії, принципом дії та конструкцією. Ось основні категорії:

1. Теплові двигуни: Перетворюють теплову енергію, отриману внаслідок згоряння палива або інших процесів, в механічну роботу.

• Двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ):

  • Поршневі двигуни: Паливо згорає в циліндрах, створюючи тиск газів, який штовхає поршень, перетворюючи поступальний рух у обертальний за допомогою кривошипно-шатунного механізму.
    • Бензинові (іскрового запалювання): Паливо-повітряна суміш запалюється іскрою від свічки запалювання. Використовуються в більшості легкових автомобілів, мотоциклів, газонокосарок тощо.
    • Дизельні (компресійного запалювання): Паливо впорскується в стиснене та нагріте повітря, де самозаймається. Характеризуються вищою економічністю та крутним моментом. Використовуються у вантажних автомобілях, автобусах, тракторах, суднах, дизель-генераторах.
    • Газові: Працюють на природному газі (метан, пропан-бутан). Можуть бути як іскрового, так і компресійного запалювання.
    • Роторно-поршневі (двигуни Ванкеля): Мають ротор трикутної форми, що обертається в камері спеціальної форми. Відрізняються компактністю та високою питомою потужністю, але мають певні недоліки (зношування ущільнень, висока витрата палива).
  • Газотурбінні двигуни (ГТД): Стиснене повітря змішується з паливом, згорає, і гарячі гази обертають турбіну, яка передає обертання на компресор та вихідний вал. Використовуються в авіації, енергетиці (газотурбінні електростанції), деяких видах наземного транспорту.
  • Реактивні двигуни: Створюють тягу за рахунок відкидання розпечених газів з високою швидкістю. Використовуються в авіації та ракетній техніці.

• Двигуни зовнішнього згоряння: Тепло для робочого тіла (пара, газ) генерується поза межами робочого циліндра або турбіни.

  • Парові двигуни: Вода нагрівається до стану пари в котлі, а пара під тиском штовхає поршень або обертає турбіну. Історично важливі, зараз використовуються рідко (наприклад, у деяких локомотивах або як частина паротурбінних електростанцій).
  • Двигуни Стірлінга: Працюють за рахунок циклічного нагрівання та охолодження робочого тіла (газу) в герметичному об'ємі. Відрізняються високою ефективністю та низьким рівнем шуму, але мають низьку питому потужність.

2. Електричні двигуни: Перетворюють електричну енергію в механічну роботу за рахунок взаємодії магнітних полів.

• Двигуни постійного струму (DC):
  • Колекторні: Мають обмотки збудження та якір з колектором і щітками для комутації струму. Прості в керуванні швидкістю та крутним моментом.
  • Безколекторні (BLDC): Не мають щіток, комутація струму здійснюється електронним способом. Відрізняються вищою ефективністю, надійністю та терміном служби.
  • Крокові: Обертаються на фіксований кут (крок) при подачі імпульсу струму. Забезпечують точне позиціонування.
• Двигуни змінного струму (AC):
  • Асинхронні (індукційні): Найпоширеніший тип електродвигунів. Мають ротор (короткозамкнений або фазний) та статор з обмотками. Обертання ротора відбувається за рахунок індукованого магнітного поля. Прості, надійні та відносно недорогі.
  • Синхронні: Ротор обертається синхронно з обертовим магнітним полем статора. Можуть мати постійні магніти або обмотки збудження на роторі. Характеризуються високою точністю швидкості.

3. Гідравлічні та пневматичні двигуни: Перетворюють енергію рідини (гідравлічні) або стисненого повітря (пневматичні) в механічну роботу.

• Гідравлічні: Використовують тиск рідини для обертання валу або лінійного переміщення поршня. Забезпечують високу потужність та крутний момент при компактних розмірах. Застосовуються в будівельній та сільськогосподарській техніці, промисловому обладнанні.
• Пневматичні: Аналогічно гідравлічним, але використовують стиснене повітря. Застосовуються в пневмоінструменті, промисловій автоматизації.

4. Інші типи двигунів:

• Електромагнітні двигуни (лінійні): Створюють лінійне переміщення без використання обертальних елементів. Застосовуються в магнітних левітаційних потягах, промислових приводах.
• П'єзоелектричні двигуни: Використовують п'єзоелектричний ефект для створення мікропереміщень, які сумуються для отримання обертального або лінійного руху. Застосовуються в прецизійних механізмах.

Кожен тип двигуна має свої переваги та недоліки, а також оптимальні сфери застосування, що визначаються його характеристиками, такими як потужність, крутний момент, ефективність, розміри, вага, вартість та екологічність. Розвиток технологій постійно призводить до створення нових, більш ефективних та екологічно чистих типів двигунів.