ძრავები

ეს მარტივი ორთქლის ტურბინა ჰერონ ალექსანდრიელმა ააგო ახ.წ. I საუკუნეში.

სიბური ძრავა არის მანქანა, რომელშიც სათბობის წვის შედეგად მიღებული ენერგია გარდაიქმნება მექანიკურ ენერგიად.
თანამედროვე ტექნიკაში გამოყენებული სითბური ძრავებია: ორთქლის ტურბინები, შიგა წვის ძრავები და რეაქტიული ძრავები. ამ ძრავებში მუშაობას ასრულებს მაღალ ტემპერატურამდე გაცხელებული და ძლიერ შეკუმშული წყლის ორთქლი. (ორთქლის ტურბინა) ან აირი (შიგა წვის ძრავა).
ახ.წ. პირევლ საუკუნეში ბერძენმა ინჟინერმა ჰერონ ალექსანდრიელმა პირველი ორთქლის ძრავა გამოიგონა. მან ღრუ სფერო დაამაგრა ორ მილაკზე, რომლშიაც გადიოდა პატარა მადუღარა და მომავალი ორთქლი.სფერო ორთქლით ივსებოდა, რომელიც შემდეგ მის საპირისპირო მხარეზე ისევ მილაკებით გამოდიოდა. ორთქლის გამოსული ნაკადი სფეროს ატრიალებდა. მიუხედავად ამისა, რომ ეს საინტერესო სიახლე იყო. ამ გამოგონებამ დანიშნულება ვერ პოვა.
პირველი პრაქტიკული ორთქლის ძრავა 1698 წელს ინგლისელმა ინჟინერმა თომას სევერიმ გამოიგონა. კამერაში მოთავსებული ორთქლი გრილდებოდა, სანამ არ შეიკუმშებოდა და მცირე რაოდენობის წყლად არ გადაიქმნებოდა. მოცულობაში დიდი შემცირება ნახევრად ვაკუუმს ქმნიდა, რომელიც ქვანახშირისმაღაროებიდან წყლის ამოსაქაჩავად გამოიყენებოდა.

ინგლისელი ინჟინრის თომას ნიუკომენის მიერ 1710 წელს გამოგონებულ ძრავაში ორთქლი დგუშს ცილინდრისკენ აწვებოდა. შემდეგ ცილინდრი გრილდებოდა და ორთქლის კონდენსირებას ახდენდა დგუშის კვლავ დაბლა დასაწევად. ორთქლის კონდენსირება ცილინდრში წნევას ამცირებდა იმდენად, რომ ატმოსფერული წნევა გარეთ საკმარისი იყო დგუშის დასაწევად. ამ მიზეზით ნიუკომენმა მისი ორთქლის ძრავა “ატმოსფერულად” მოიხსენია. იგი გამოიყენებოდა მაღაროებში ტუმბოების ასამუშავებლად. მიუხედავად იმისა, რომ სევერის სისტემასთან შედარებით იგი მეტად ეფექტური აღმოჩნდა, ნიუკომენის ძრავა საკამოდ ნელი იყო და თან გამოუსადეგარი. ეს იმიტომ მოხდა, რომ გაგრილების შემდეგ ცილინდრი უნდა გამთბარიყო
სანამ მეტი ორთქლი შეაღწევდა და დგუშს ზევით აწევდა. სხვაგვარად, ორთქლი სწრაფადვე განიცდიდა კონდენსირებას.

პიროვნება, რომელმაც ეს პრობლემა გადაჭრა, იყო შოტლანდიელი ინჟინერი ჯეიმზ უაიტი. მან 1769 წელს გამოიგონა ძრავა, რომელშიც ორთქლი კონდენსაციას სხვადასხვა კამერაში გადიოდა. იმის გამო, რომ ცილინდრი ალტერნატიულად არ თბებოდა და გრილდებოდა, ძრავის სიმხურვალე შედარებით ნაკლები იყო. უაიტის ძრავა შედარებით სწრაფიც იყო, რადგანაც ცილინდრში მეტი ორთქლი შედიოდა და ეს ხდებოდა მაშინვე, როგორც კი დგუში თავის ადგილს უბრუნდებოდა.
ამან და კიდევ სხვა უაიტის გაუმჯებესებულმა გამოგონებებმა ორთქლის ძრავა მომხმარებლისათვის საკმაოდ პოპულარული გახადა.
ვიქტორიანულ დროში მძლავრი ორთქლმავლები გადაადგილების საუკეთესო შესაძლებლობად იქცა. ორთქლის ძრავა უზრუნველყო გაზეთების საბეჭდი, ქსოვილის შესაქმნელი დაზგებისა და “ორთქლის სამრეცხაოებში” სარეცხი მანქანებისათვის საჭირო ენერგია. ორთქლის ძრავები გამოიყენებოდა მიწის მოსანახნავადაც. ასევე არსებობდა ორთქლის ძრავაზე მომუშავე მტვერსასრუტები.
პირველი ორთქლის ტურბინის ავტორია შვედი ინჟინერი ლავილი (1889 წ. ) ტურბინის ძირითადი ნაწილია ფრთიანი ბორბალი, რომელსაც საქშენიდან გამოსული ორთქლი აბრუნებს. დანადგარი შემდეგ გააუმჯობესეს ინგლისელმა, ფრანგმა, და ამერიკელმა მეცნიერ- კონსტრუქტორებმა. თანამედროვე ორთქლის ტუირბინას ერთის მაგივრად ორი ბორბალი აქვს. პირველი ბორბლის ფრთიდან არეკლილი ორთქლი მეორე ბორბალს ეცემა და ატრიალებს, აქედან არეკლილი მესმაე და ა.შ. თანამედროვე თბოელექტროსადგურებში ტურბინის სიმძლავრე 1300 მლნ.ვტ აღწევს. ტურბინის ბორბლებს მიეწოდება 6500C ტემპერატურის და 10 ატმ.წნევის ორთქლი, რომელიც ბორბალს წუთში 3000- მდე ბრუნს აკეთებინებს. “ნამუშევარი” ორთქლი შემდეგ წყლის გასაცხელებლად გამოიყენება და თავადაც წყლად იქცევა. შემდეგ ეს წყალი ისევ ორთქლის წარმოსაქმნელად ქვაბში ხვდება. ორთქლის ტურბინა გამოირჩევა ეკონომიურობით, ეკოლოგიურად სუფთაა.
თანამედროვე სითბური ძრავიდან ყველაზე გავრცელებულია შიგაწვის ძრავა. შიგაწვის ძრავა გამოიყენება: ავიაციაში, თბომავლებში, ავტომობილებში, ტრაქტორებსა და სამდინარო და საზღვაო გემებში. პირველი შიგაწვის ძრავა 1860 წელს გერმანელმა ინჟინერმა რ. დიზელმა კიდევ უფრო სრულყოფილი სახე მისცა და მას შემდგომ “დიზელის ძრავა” უწოდა. შიგაწვის ძრავაში საწვავი იწვის უშუალოდ ცილინდრში. სწორედ აქედან წარმოიქმნება მისი სახელწოდება. შიგაწვის ძრავას შეუძლია იმუშაოს თხევადი ან აირადი საწვავით. განვიხილოთ ავტომობილის ბენზინით მომუშავე ოთხტაქტიანი ძრავას აგებულება და მოქმედება. ავტომობილის ძრავას ხშირად ოთხი ცილინდრი აქვს, რომელშიც ყოველ მომენტში სხვადასხვა ტაქტი მიმდინარეობს. ტაქტი ოთხი მოძრაობისგან შედგება, ცილინდრში დგუში ორჯერ ჩადის და ორჯერ ამოდის.

ცილინდრიანი ბენზინის ძრავის უმარტივესი ტიპი , რომელიც მსუბუქ და ბევრ მოტოციკლშიც გამოიყენება ორტაქტიანია. ყოველი დგუშისთვის მოქმედების ციკლი ორი ეტაპისაგან შედგება. დგუში, თავდაპირველად, ცილინდრს ამოძრავებს საწვავის შესაკუმშად. წვისათვის კამერას საწვავთან ერთად აწვდიან ჰაერს, რომელიც 21% ჯანგბადს შეიცავს. ნარევში უმცირესი ნაწილაკები თანაბრად უნდა გადანაწილდეს, რასაც საწვავის წმინდა გამოფრქვევით და ძრავაში შემავალი ჰაერის გრიგალური მოძრაობით ახწევენ. მაღალი ძაბვით წარმოქმნილი ნაპერწკალი შეკუმშულ მინარევს ანთებს, ხოლო ფეთქებადი აირი დგუშს ცილინდრის დაბლა წევს. მეორე ეტაპი დგუშის აწევის შემდეგ ისევ მეორდება. ორტაქტიან ძრავაში ერთი მუშა ციკლი დგუშის ორი სვლის ან მუხლა ლილვის ერთი შემობრუნებისას სრულდება.
დგუშის უკუქცევით-წინსვლითი მოძრაობის დროს კამერის მოცემულობა პერიოდულად იცვლება. ძრავებში ყველა პროცესი პერიოდულად და თანამიმდევრულად მეორდება.
მრუდმხარა მექანიზმი დგუშის უკუქცევით-წინსვლით მოძრაობას ლილვის ბრუნვით მოძრაობად გარდაქმნის. არსებობს, ასევე, ისეთი კონსტრუქციის ძრავები, რომლებშიც დგუშის უკუქცევით-წინსვლითი მოძრაობის ენერგიას ლილვის ბრუნვით მოძრაობად გარდაქმნის გარეშე იყენებენ (მაგალითად, თავისუფალდგუშიანი გენერატორი, პირდაპირ მოქმედი ტუმბო და სხვა).
ორტაქტიანი ძრავების დამზადება შედარებით იაფი თანხა ჯდება, მაგრამ მათი მუშაობა არაეფექტურია, ამიტომ უფრო დიდ ძრავებზე მეტი მოთხოვნილებაა.
დიზელის საწვავი, ძირითადად დიდ ავტომობილებსა და თბომავლებში გამოიყენება. დიზელის ძრავა ბენზინის ძრავას მსგავსად მუშაობს, იმ განსხვავებით, რომ პირველ საფეხურზე ცილინდრში მხოლოდ ჰაერი შეიწოვება. მეორე საფეხურზე ეს ჰაერი იკუმშება და ძლიერ ცხელდება. მესამე საფეხუზე ცილინდრში დიზელის საწვავი შეიფრქვევა. ამ დროს ცილინდრში ისეთი მაღალი ტემპერატურაა, რომ საწვავის აალებისათვის ნაპერწკალი საჭირო აღარ არის.
თვითმფრინავების უმეტესობა საათში დაახლოებით 1000 კილომეტრს ავითარებს. ზებგერითი თვითმფრინავები ამაზე უფრო სწრაფია. ასეთი სიჩქარეებით მგზავრობა რეაქტიული ძრავების გამოგონების შემდეგ გახდა შესაძლებელი. რეაქტიული ძრავა მსუბუქია, მაგრამ ძალიან დიდ ენერგიას გამოიმუშავებს.

პირველი სამხედრო თვითმფრინავი, რომელიც ექსპლუატაციაში 1944 წელს გაუშვეს იყო გერმანული “Me 262 “ რვა წლის შემდეგ, 1952 წილის 2 მაისს “De Havilland Commet” გახდა პირველი რეაქტიული ავიალაინერი, რომელიც კომერციული მომსახურების სფეროში დაინიშნა.
რეაქტიული ძრავის მოძრაობისათვის საჭიროა წევის ძალის წარმოსაქმნელად აუცილებელია პირველადი ენერგიის მუშა სხეულის რეაქტიული ჭავლის კინეტიკურ ენერგიად გარდაქმნა. ძრავის საქშენიდან მუშა სხეულის გამოდინების შედეგად. ჭავლის რეაქციის სახით რეაქტიული ძალა იქმნება. რეაქტიული ძრავის პრინციპი პირველად ინგლისელმა მეცნიერმა ისააკ ნიუტონმა თავის მესამე კანონში წარმოადგინა: “არსებობს ქმედება და შესაბამისი კონონზომიერი უკუქმედება”.
მაგალითად, რაკეტას ჯანგბადის მარაგის საკუთარი საქმე გააჩნია, რომელიც საწვავის წვისთვისაა აუცილებელი. რეაქტიული ძრავა კი საჭირო საჭირო ჯანგბადს პირდაპირ ატმოსფეროდან იღებს. რეაქტიული ძრავების უმარტივეს ტიპს წარმოადგენს პირდაპირი რეაქციის ძრავა, რომლის მოძრაობასაც საქშენიდან გამოსული რეაქტიული ჭავლი უზრუნველყოფს, ხოლო ძრავა და მასთან კონსტრუქციულად დაკავშირებული აპარატი ჭავლის გამოდინების საწინააღმდეგო მიმართულებით გადაადგილდება. რეაქტიულ ძრავაში შეიძლება გარდაიქმნას ენერგიის სხვადასხვა სახეობა. პირველად ენერგიად უკვე ხშირად ქიმიური ენერგია გამოიყენება. ამ შემთხვევაში მუშა სხეული გავარვარებული აირებს ქიმიური სსთბობის წვის პროდუქტებს წარმოადგენს. რეაქტიული ძრავის მუშაობის დროს დამწვარ ნივთიერებათა ქიმიური ენერგია წვის პროდუქტების სითბურ ენერგიად გარდაიქმნება, ხოლო ცხელი აირების სითბური ენერგია რეაქტიული ჭავლის წინსვლითი მოძრაობის მექანიუკურ ენერგიად. პირდაპირი რეაქციის ძრავის უპირატესობას წარმოადგენს ის ფაქტი, რომ იგი მოძრავი ნაწილებისაგან არ შედგება, თუმცა მუშაობს მხოლოდ მაშინ, როდესაც საჰაერო ხომალდი იმდენად დიდი სისწრაფით მოძრაობს, რომ ჰაერის საჭირო კომპრესიას აწარმოებს. ასეთი სახის რეაქტიული ძრავები 2400- 4000 კმ/სთ სიჩქარეს ავითარებს. არსებობს სამი სახის რეაქტიული ძრავა- ტურბორეაქტიული, ტურბოვენტილატორული და ტურბოხრახნული.
ტურბორეაქტიულ ძრავაში წევას ქმნის რეაქტიული საქშენიდან გამოდენილი აირების ჭავლი. ფრენის დრო ტურბორეაქტიულ ძრავაში შესული ატმოსფერული ჰაერი ჯერ ჰაერსაღებში იკუმშება, შემდეგ კი-ტურბოკომპრესორში. შეკუმშული ჰაერი გადაეცემა წვის კამერას. რომელშიც შეშხაპუნდება თხევადი ქიმიური საწვავი. (ჩვეულებრივ საავიაციო ნავი) წვის შედეგად წარმოქმნილი აირები, რაწილობრივ, ფართოვდება ტურბინაში, რომელიც კომპრესორს აბრუნებს. ტურბორეაქტიული ძრავის წევის გაზრდა შეიძლება საწვავის დამატებითი დაწვით საფორსაჟო კამერაში.
ტურბოხრახნული ძრავა საავიაციო აირტურბინულ ძრავას წარმოადგენს, რომელშიაც ძირითად წევას საჰაერო ხრახნი წარმოქმნის, დამატებით წვას კი- რეაქტიული საქშენიდან გამოდენილი აირების ნაკადი. ასეთი ძრავებით დაკომპლექტებული საჰაერო ხომალდების რაოდენობა შედარებით მცირეა. გამოიყენება უფრო თანამედროვე ტიპის ტურბოვენტილატორული ძრავა.
ტურბოვენტილატორული ძრავა ტურბორეაქტიული ძრავის მსგავსად მუშაობს.
თუმცა, ტიპურ თანამედროვე ტურბოვენტილატორულ ძრავაში წინ მოთავსებული დიდი პროპელელი ჰაერის ცენტრისაკენ დაგროვებას უწყობს ხელს. საწვავის წვის შედეგად მიღებული აირები ტურბინაში ფართოვდება და აბრუნებს კომპრესორსა და საჰაერო ხრახნს. ტურბოკომპრესორის როტორისა და საჰაერო ხრახნის ბრუნვათა სიხშირის შესათანხმლებლად გამოიყენება რედუქტორი.
უამრავი ზებგერითი საჰაერო ხომალდი საფორსაჟო კამერას მოიცავს იმისთვის, რომ საჭიროების შემთხვევაში დამატებითი წევის ძალა წარმოქმნას. საფორსაჟო კამერა აირებს საწვავს მას შემდეგ უმატებს, რაც ტურბინები დაიცლება. დამატებითი საწვავის ხარჯზე იზრდება გამოყოფილი აირების სიჩქარე. საფორსაჟო კამერები, ძირითადად, სამხედრო- საჰაერო ხომალდებზე გამოიყენება, რაც მათ სიჩქარესა და სიმძლვრეს მატებს.

 

წყარო: lemill.net