Двигатели

Определение "Двигатели" в словаре Брокгауза и Ефрона

Двигатели — машины, служащие источником механической работы; они называются так в отличие от приводимых ими в действие рабочих машин, исполняющих непосредственно определенного рода работу, и от передаточных машин, помощью которых работа Д. превращается в действие рабочего механизма. Двигателем одинаково называют движущую силу, при помощи которой работает машина, а равно и самый механизм. Напр., Д. называют пар и паровую машину. В последующем под Д. будем разуметь механизм. Различают также Д., воспринимающие непосредственно механическую работу от имеющихся в природе запасов кинетической энергии (Д. в тесном значении слова, первичные, или первого порядка), и Д., которые, в свою очередь, приводятся в действие другими Д. (Д. в более обширном смысле, вторичные, или второго порядка Д.). К Д. первого разряда принадлежат: механизмы для принятия мускульной силы людей и животных — рычаги, ворот, блоки, домкраты и лебедки, конные вороты, топчаки и т. п. (см. Живые двигатели); Д., приводимые в действие давлением текущей и падающей воды — вододействующие или гидравлические Д., а именно: водяные колеса (см. Колеса), турбины (см.) и водостолбовые машины (см. ниже); ветровые Д., приводимые в действие давлением ветра (см. Мельницы), все перечисленные двигатели называются также приемниками. Далее, к числу первичных Д. относятся тепловые, а именно: паровые (см.), газовые (см. ниже), калорические машины (см.), а также керосиновые двигатели (см. ниже). Двигателями второго порядка являются динамоэлектрические машины (см.), так как электромагнитная сила, необходимая для действия их, производится при помощи гидравлических, паровых или газовых двигателей. К этому же разряду относятся Д., действующие жидкой углекислотой, потому что превращение газообразной углекислоты в жидкое состояние достигается давлением при помощи других машин. В этом же смысле вторичными Д. будут те машины, с помощью которых превращается в механическую работу давление сжатого воздуха или напор столба воды, высота которого должна поддерживаться другой машиной. В числе вторичных двигателей надо считать также часовые и пружинные механизмы, потому что их требуется предварительно заводить. Двигателями в более широком смысле называют иногда те составные части рабочих машин, которые воспринимают силу от какого-нибудь двигателя, напр. валы и шкивы станков. В этом же смысле Д. называют гребные колеса или винты пароходов. Иногда в сложной машине Д. так тесно связан с рабочим механизмом, что нельзя определить, какая часть машины играет роль Д. и какая представляет рабочий механизм. Это относится, напр., к пульсометру, камера которого одновременно действует как паровой цилиндр и как насосный стакан, или к паровому молоту, поршень которого служит одновременно двигателем (в широком смысле) и орудием для ударов.

При выборе движущей силы для утилизации ее с технической целью необходимо сообразоваться с экономической выгодностью различного рода двигателей и степенью совершенства существующих систем. Поэтому не все встречающиеся в природе запасы механической энергии применяются в настоящее время для извлечения из них полезной работы с помощью двигателей. Так, например, теплота солнца, движение волн, явление приливов и отливов очень мало или только в виде исключения утилизируются для механической работы, частью за отсутствием пригодных для этого машин, частью же вследствие экономической невыгодности такого рода двигателей. Из прочих источников силы, применяемых для производства механической работы с помощью машин разных конструкций, движущая сила человека является самой дорогой, в особенности там, где требуется затрата больших количеств работы. Но без такой силы невозможно обойтись главным образом при тех многочисленных работах, где требуется, кроме физической силы, еще человеческое соображение и обдуманные действия. Сила животных также обходится дорого, но она незаменима пока для тяги повозок на обыкновенных дорогах, а также для действия сельскохозяйственных машин в мелких и средних производствах. Дешевле всего обходится работа гидравлическвх двигателей, так как сила падающей воды есть дар, возобновляемый постоянно природой без участия человеческого труда. Но сила эта нередко иссякает в сухое время года; поэтому часто устанавливают при гидравлических двигателях запасные паровые машины. Ветровые двигатели еще более подвержены переменам погоды и мало пригодны для совершения большой работы. Вполне же независимой от условий погоды является сила паровой машины. Она притом способна давать при сравнительно малом объеме наибольшие потребные количества механической работы. Кроме того, применение паровых машин становится тем выгоднее, чем больше размер необходимой для производства работы. Паровая машина вследствие сего преобладает на всех больших фабриках и заводах, и пользование этим двигателем содействовало развитию крупной промышленности и победе ее в главнейших отраслях над ремеслами и мелким производством, которые вынуждены работать при помощи менее выгодных паровых машин малого размера или газовых, керосиновых и калорических машин. Хотя эти малосильные и малые двигатели в настоящее время значительно усовершенствованы, но они все еще далеко не могут конкурировать с паровой машиной большого производства. Существует надежда, что посредством введения дешевого газообразного топлива (см. Водяной газ), которое будет распределяться от центральной станции производства по трубам к местам потребления, подобно светильному газу, удастся значительно понизить стоимость работ малых, т. н. домашних двигателей, для выгод ремесленного и кустарного производства. Удешевление движущей силы для мелкой промышленности старались достигнуть системой силоснабжения (см.), т. е. распределением из центральной станции запасов работы — по трубам, с помощью канатных приводов или посредством электрических проводов. В более значительных размерах такое распределение силы осуществлено уже в системах доставления для механической работы воды под высоким напором (в Ливерпуле) и сжатого воздуха (в Париже — система Фоппа). Двигатели, действующие сжатым воздухом, применяются преимущественно в таких местах, где весьма невыгодно устанавливать паровые машины и где отработавший в машине воздух содействует вместе с тем вентиляции, следовательно, главным образом — при подземных горных работах в при пробивке туннелей. В будущем призваны играть важную роль электрические двигатели, дающие возможность передавать работу отдаленных источников силы. Дело это находится теперь в периоде усовершенствования, но уже достигнуты значительные практические результаты (передача силы из Шафгаузена в Лапффен, применение электрической передачи для производства работ в главном туннеле через хребет Андов на железной дороге между Аргентиной и Чили).

Первые попытки применения животных в качестве Д. и начало пользования силой воды для производства механической работы относятся к доисторическому времени. Водочерпательное тимпанное колесо появилось в Китае, по всей вероятности, почти одновременно с плугом, в период возникновения хлебопашества. Дух изобретения долгое время не подвигался далее усовершенствования приемников сил людей, животных и воды, и только об этого рода Д. сообщают исторические памятники древности и средних веков. Хотя древние греки и римляне умели уже пользоваться ветром и упругостью воздуха для механических работ (см. Механика древних), но они не имели и отдаленнейшего представления о той громадной механической работе, которая может быть совершена движущей силой пара. Лишь развитие физических сведений в XVI и XVII ст. сделало возможным изобретение паровой машины и вместе с этим значительное усовершенствование гидравлических Д. В нашем же веке за этим последовало изобретение газовых и калорических Д., а затем открытие законов электродинамики привело к построению динамоэлектрических Д. Ср. Grasshoff, "Theorie der Kraftmaschinen" (Гамбург); Rühlmann, "Allgemeine Maschinenlehre" (Брауншвейг, 1875); Redtenbacher, "Maschinenbau"; Uhland, "Handbuch für den praktischen Maschinenkonstrukteur"; Armengaud, "Publications Industrielles etc.".

Водостолбовые машины — гидравлические приемники силы, действующие непосредственным давлением падающей воды на поршень, который движется в цилиндре, плотно прилегая к его стенкам. Машины эти имеют прямолинейно-возвратное движение и с удобством заменяют гидравлические колеса и турбины в тех случаях, где можно располагать значительным напором воды при слабом ее притоке. Напор в существующих машинах доходит до 65 м и до последнего времени не было вододействующих машин, которые приводились бы в движение напором воды менее 18 м. Они служат в горном деле для отлива воды из шахт, для выкачивания соляного рассола и пр. В настоящее же время водостолбовые машины приспосабливаются и для различных других механических работ при малых усилиях, а для этой цели употребляются конструкции, в которых прямолинейно-возвратное движение превращается во вращательное. Обыкновенные же водостолбовые машины бывают одиночного или двойного действия; в первых вода давит только на одну сторону поршня, а в машинах двойного действия вода действует на обе стороны. На фиг. 1 представлена схематически водостолбовая машина одиночного действия с одним цилиндром.

Здесь h представляет собою напор, т. е. разность уровней воды в водосборном баке В и в отводном русле Л, причем напор воды, производимый силой течения, здесь не принимается во внимание ввиду незначительности его в сравнении с давлением вследствие разности уровней. С есть рабочий цилиндр, а К — его поршень, Z — водонапорная труба, А — отводная труба для отработавшей воды. Обе эти трубы сходятся в S, где помещен распределительный кран. С помощью этого крана цилиндр С сообщается попеременно то с водонапорной трубой Z, и тогда поршень идет вверх, то с отводной трубой А — и тогда поршень С падает вследствие собственной тяжести и веса соединенных с ним частей.

В водостолбовых машинах двойного действия напор воды действует на обе стороны поршня, причем, как показано на схеме фиг. 2, рабочая вода, с помощью распределительного крана, направляется попеременно по направлениям:
Впуск свежей воды ZSV₁ K_; выпуск отработавшей воды KV₂SA:
Впуск свежей воды ZSV₂K; выпуск отра ботавшей воды KV₁SA;
и поршень в первом фазисе идет вниз, а во втором — вверх.

Водостолбовая машина с двумя цилиндрами составляет комбинацию двух одноцилиндровых машин одиночного действия, причем K₁ и K₂, движутся в цилиндрах С ₁, и С ₂ в противоположном направлении, так как стержни их прикреплены к концам равноплечего рычага первого рода (балансира). Действием распределительного крана S (фиг. 3) вода направляется попеременно по путям:

Фиг. 3
Впуск свежей воды ZSV₁K₁, выпуск отработавшей воды K ₂V₂SA; подобным образом и в другом цилиндре.

Теория этих машин, таким образом, чрезвычайно проста. Она подробно разработана Вейсбахом в его соч. "Lehrbuch der Ingenieur— und Maschinen-Mechanik". Первая машина этого рода построена была французами Deuisard и De la Donaille в 1731 г. В 1749 г. машины эти появились в нем. рудниках, а в 1765 г. водостолбовая машина была самостоятельно изобретена в Англии Вестгартом (Westgarth). Значительными усовершенствованиями эта машина обязана знаменитому Армстронгу, который заменил распределительные краны машины коробчатыми золотниками, а также приспособил водостолбовую систему к производству таких работ, где требуется исключительно вращательное движение. Ср. Rühlmann, "Allgemeine Maschinenlehre" (Лпц., 1888); Bach, "Die Wassermotoren" (Б., 1891).

A. T.