Пневматический двигатель
( Пневматический двигатель пневматический двигатель ) или двигатель на сжатом воздухе — это тип двигателя , который выполняет механическую работу за счет расширения сжатого воздуха . Пневматические двигатели обычно преобразуют энергию сжатого воздуха в механическую работу посредством линейного или вращательного движения. Линейное движение может осуществляться либо мембранным, либо поршневым приводом, а вращательное движение обеспечивается пневматическим двигателем лопастного типа, поршневым пневматическим двигателем, воздушной турбиной или двигателем шестеренного типа.
За последние два столетия пневматические двигатели существовали во многих формах, начиная от ручных двигателей и заканчивая двигателями мощностью до нескольких сотен лошадиных сил. Некоторые типы полагаются на поршни и цилиндры; другие используют щелевые роторы с лопастями (лопастные двигатели), а третьи используют турбины. Многие двигатели на сжатом воздухе улучшают свои характеристики за счет нагрева поступающего воздуха или самого двигателя. Пневматические двигатели нашли широкое распространение в индустрии ручных инструментов. [1] но также используются стационарно в широком спектре промышленных применений. Предпринимаются постоянные попытки расширить их использование в транспортной отрасли. Однако пневматические двигатели должны преодолеть неэффективность, прежде чем они станут жизнеспособным вариантом в транспортной отрасли.
Классификация
[ редактировать ]Линейный
[ редактировать ]Для достижения линейного движения от сжатого воздуха чаще всего используется система поршней. Сжатый воздух подается в герметичную камеру, в которой находится вал поршня. Также внутри этой камеры вокруг вала поршня навита пружина, удерживающая камеру полностью открытой, когда в камеру не закачивается воздух. Когда воздух подается в камеру, сила, действующая на шток поршня, начинает превосходить силу, действующую на пружину. [2] По мере того, как в камеру подается больше воздуха, давление увеличивается, и поршень начинает двигаться вниз по камере. Когда он достигает максимальной длины, давление воздуха из камеры сбрасывается, и пружина завершает цикл, закрывая камеру и возвращаясь в исходное положение.
Поршневые двигатели наиболее часто используются в гидравлических системах. По сути, поршневые двигатели аналогичны гидравлическим двигателям, за исключением того, что они используются для преобразования гидравлической энергии в механическую. [3] энергия. [4]
Поршневые двигатели часто используются последовательно из двух, трех, четырех, пяти или шести цилиндров, заключенных в корпус. Это позволяет поршням передавать больше мощности, поскольку несколько двигателей синхронизированы друг с другом в определенные моменты своего цикла.
Практический механический КПД, достигаемый поршневым пневматическим двигателем, составляет 40–50%. [5]
Роторно-лопастные двигатели
[ редактировать ]
Тип пневматического двигателя, известный как роторно-лопастной двигатель, использует воздух для создания вращательного движения вала. Вращающийся элемент представляет собой ротор с прорезями, установленный на приводном валу. В каждом пазу ротора установлена свободно скользящая прямоугольная лопатка. [4] Лопасти прикрепляются к стенкам корпуса с помощью пружин, кулачков или давления воздуха, в зависимости от конструкции двигателя. Воздух подается через вход двигателя, который давит на лопасти, создавая вращательное движение центрального вала. Скорость вращения может варьироваться от 100 до 25 000 об/мин в зависимости от нескольких факторов, включая величину давления воздуха на входе в двигатель и диаметр корпуса. [2]
Одним из применений лопастных пневматических двигателей является запуск крупных промышленных дизельных или газовых двигателей. Накопленная энергия в виде сжатого воздуха, азота или природного газа поступает в герметичную камеру двигателя и оказывает давление на лопасти ротора. Это заставляет ротор вращаться с высокой скоростью. Поскольку для запуска двигателя маховику двигателя требуется большой крутящий момент, используются понижающие передачи. Редукторы создают высокий крутящий момент при меньших затратах энергии. Эти редукторы позволяют создавать достаточный крутящий момент маховиком двигателя, пока он находится в зацеплении с ведущей шестерней пневматического двигателя или пневматического стартера.
Турбинные двигатели
[ редактировать ]Воздушные турбины вращают бор в высокоскоростных стоматологических наконечниках со скоростью более 180 000 об/мин, но с ограниченным крутящим моментом . Турбина . достаточно мала, чтобы поместиться в кончике наконечника, не увеличивая при этом вес
Приложение
[ редактировать ]Пневматические двигатели широко применяются в ручных инструментах, ударных гайковертах, импульсных инструментах, отвертках, гайковертах, дрелях, шлифовальных машинах, шлифовальных машинах и т. д. Пневматические двигатели также используются стационарно в широком спектре промышленных применений. Хотя общая энергоэффективность пневматических инструментов низка и они требуют доступа к источнику сжатого воздуха, они имеют ряд преимуществ перед электрическими инструментами. Они обеспечивают большую удельную мощность (пневматический двигатель меньшего размера может обеспечивать ту же мощность, что и электродвигатель большего размера), не требуют вспомогательного регулятора скорости (что повышает его компактность), выделяют меньше тепла и могут использоваться в более нестабильных атмосферах. поскольку они не требуют электроэнергии [6] и не создавать искр. Их можно нагружать до упора с полным крутящим моментом без повреждений. [7] КПД роторно-поршневого двигателя во многом зависит от потерь механической энергии. Величина механических потерь, по разным оценкам, может составлять 20 % энергии, подводимой к двигателю. [8] В то же время экспериментально было показано, что КПД двигателя можно повысить за счет использования антифрикционных присадок к смазочному маслу. [9]
Исторически многие люди пытались применить пневматические двигатели в транспортной отрасли. Гай Негре, генеральный директор и основатель Zero Pollution Motors, является пионером в этой области с конца 1980-х годов. [10] Недавно Engineair также разработала роторный двигатель для использования в автомобилях. Engineair размещает двигатель непосредственно рядом с колесом автомобиля и не использует промежуточных частей для передачи движения, что означает, что почти вся энергия двигателя используется для вращения колеса. [11]
История транспорта
[ редактировать ]Пневматический двигатель впервые был применен на транспорте в середине 19 века. Хотя о первом зарегистрированном автомобиле на сжатом воздухе известно мало, говорят, что французы Андро и Тесси из Моте управляли автомобилем с пневматическим двигателем на испытательном треке в Шайо, Франция, 9 июля 1840 года. Сообщалось, что проект оказался успешным, но пара не рассматривала возможность дальнейшего расширения конструкции. [12]
Первым успешным применением пневматического двигателя на транспорте стал пневматический двигатель системы Мекарски, используемый в локомотивах. Инновационный двигатель Мекарски преодолел охлаждение, которое сопровождает расширение воздуха, путем нагревания воздуха в небольшом котле перед использованием. Tramway de Nantes , расположенный в Нанте, Франция, был известен как первый, кто использовал двигатели Мекарски для питания своего парка локомотивов. Трамвай начал работу 13 декабря 1879 года и продолжает работать по сей день, хотя в 1917 году пневматические трамваи были заменены более эффективными и современными электрическими трамваями.
Американец Чарльз Ходжес также добился успеха с пневматическими двигателями в локомотивной промышленности. В 1911 году он сконструировал пневматический локомотив и продал патент компании HK Porter в Питтсбурге для использования на угольных шахтах. [13] Поскольку пневматические двигатели не используют сгорание, они были гораздо более безопасным вариантом в угольной промышленности. [12]
Многие компании [ ВОЗ? ] утверждают, что разрабатывают автомобили, работающие на сжатом воздухе , но на самом деле ни один из них не доступен для покупки или даже для независимых испытаний.
Инструменты
[ редактировать ]В ударных гайковертах , импульсных инструментах, динамометрических ключах , отвертках , дрелях , шлифовальных машинах , шлифовальных машинах , шлифовальных машинах , стоматологических борах , шиномонтажных станках и других пневматических инструментах используются различные пневматические двигатели . К ним относятся лопастные двигатели, турбины и поршневые двигатели.
Торпеды
[ редактировать ]В наиболее успешных ранних формах самоходных торпед использовался сжатый воздух высокого давления , хотя его заменили двигатели внутреннего или внешнего сгорания, паровые двигатели (приводимые в движение каталитическим разложением перекиси водорода) или электродвигатели.
железные дороги
[ редактировать ]Пневматические двигатели использовались в трамваях и маневровых поездах и со временем нашли успешную нишу в горных локомотивах, хотя в конце концов их заменили подземные электропоезда. [14] С годами конструкции усложнялись, в результате чего появился двигатель тройного расширения с воздухо-воздушными промежуточными перегревателями между каждой ступенью. [15] Для получения дополнительной информации см. «Беспожарный локомотив» и «Система Мекарски» .
Пневматический трамвай Мекарского, 1875 г.![Пневматический локомотив с прикрепленным к нему баллоном под давлением, использовавшийся при строительстве Готардского железнодорожного туннеля в 1872–1880 годах.[16]](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/07/CompressedAirLocomotive_Section1_AdolpheBraun1811to1877.jpg/120px-CompressedAirLocomotive_Section1_AdolpheBraun1811to1877.jpg)
Пневматический локомотив с прикрепленным к нему баллоном под давлением, использовавшийся при строительстве Готардского железнодорожного туннеля в 1872–1880 годах. [16]
Пневматический локомотив производства HK Porter, Inc., использовавшийся на шахте Хоумстейк , Южная Дакота, с 1928 по 1961 год.
![Пневматический локомотив с прикрепленным к нему баллоном под давлением, использовавшийся при строительстве Готардского железнодорожного туннеля в 1872–1880 годах.[16]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/07/CompressedAirLocomotive_Section1_AdolpheBraun1811to1877.jpg/120px-CompressedAirLocomotive_Section1_AdolpheBraun1811to1877.jpg)
Полет
[ редактировать ]Водяные ракеты используют сжатый воздух для приведения в действие водяной струи и создания тяги. Их используют в качестве игрушек.
Air Hogs , бренд игрушек, также использует сжатый воздух для привода поршневых двигателей в игрушечных самолетах (и некоторых других игрушечных транспортных средствах).
Автомобильная промышленность
[ редактировать ]В настоящее время существует некоторый интерес к разработке воздушных автомобилей . Для них было предложено несколько двигателей, но ни один из них не продемонстрировал производительность и длительный срок службы, необходимые для личного транспорта.
Энергайн
[ редактировать ]Energine Corporation была южнокорейской компанией, которая утверждала, что поставляет полностью собранные автомобили, работающие на гибридном пневматическом и электрическом двигателе. Пневматический двигатель используется для активации генератора переменного тока , что расширяет возможности автономной работы автомобиля. Генеральный директор был арестован за мошенническую рекламу пневматических двигателей с ложными утверждениями. [17]
ДвигательВоздух
[ редактировать ]Австралийская компания EngineAir производит роторный двигатель , работающий на сжатом воздухе, под названием « Двигатель Ди Пьетро» .Концепция двигателя Ди Пьетро основана на роторном поршне. В отличие от существующих роторных двигателей, двигатель Ди Пьетро использует простой цилиндрический вращающийся поршень (привод вала), который катится с небольшим трением внутри цилиндрического статора. [18]
Его можно использовать в лодках, автомобилях, грузовых автомобилях и других транспортных средствах. всего 1 фунт на квадратный дюйм (≈ 6,8 кПа ). Для преодоления трения необходимо давление [19] [20] Двигатель также был представлен в программе ABC «Новые изобретатели» в Австралии 24 марта 2004 года. [21]
К'Аэромобили
[ редактировать ]Транспортные средства K'Airmobiles предназначались для коммерциализации в рамках проекта, разработанного во Франции в 2006–2007 годах небольшой группой исследователей. Однако проекту не удалось собрать необходимые средства.
Следует отметить, что тем временем команда осознала физическую невозможность использования бортового сжатого воздуха из-за его низкой энергоемкости и тепловых потерь, возникающих из-за расширения газа.
В настоящее время, с использованием запатентованного «K'Air Generator», переоборудованного для работы в качестве двигателя на сжатом газе, проект должен быть запущен в 2010 году благодаря североамериканской группе инвесторов, но с целью разработки сначала экологически чистого двигателя. энергосистема. [22]
МДИ
[ редактировать ]В оригинальном воздушном двигателе Nègre один поршень сжимает воздух из атмосферы и смешивается с хранящимся в нем сжатым воздухом (который при расширении резко охлаждается). Эта смесь приводит в движение второй поршень, обеспечивая фактическую мощность двигателя. Двигатель MDI работает с постоянным крутящим моментом, и единственный способ изменить крутящий момент на колесах — это использовать шкивную передачу постоянного изменения, теряя при этом некоторую эффективность. Когда автомобиль остановлен, двигатель MDI должен был работать, теряя энергию. В 2001–2004 годах MDI перешла на конструкцию, аналогичную описанной в патентах Регуши (см. Ниже), датированных 1990 годом.
В 2008 году сообщалось, что индийский производитель автомобилей Tata рассматривал возможность установки двигателя на сжатом воздухе MDI в качестве опции для своих недорогих автомобилей Nano. [23] В 2009 году компания Tata объявила, что разработку автомобиля, работающего на сжатом воздухе, оказалось затруднительным из-за его малого запаса хода и проблем с низкими температурами двигателя.
Квазитурбина
[ редактировать ]Пневматический квазитурбинный двигатель представляет собой на сжатом воздухе, беспоршневой роторный двигатель ромбовидной формы в котором используется ротор , стороны которого шарнирно закреплены в вершинах.
Квазитурбина продемонстрировала себя как пневматический двигатель, использующий накопленный сжатый воздух. [24]
Он также может воспользоваться преимуществом усиления энергии, которое возможно за счет использования доступного внешнего тепла, такого как солнечная энергия . [25]
Квазитурбина вращается при давлении всего 0,1 атм (1,47 фунтов на квадратный дюйм).
Поскольку квазитурбина представляет собой двигатель чистого расширения, а двигатель Ванкеля и большинство других роторных двигателей - нет, она хорошо подходит в качестве двигателя на сжатой жидкости, воздушного двигателя или воздушного двигателя. [25]
Регуши
[ редактировать ]Версия пневматического двигателя, разработанная Армандо Регуши, соединяет систему трансмиссии непосредственно с колесом и имеет регулируемый крутящий момент от нуля до максимума, что повышает эффективность. Патенты Регуши датированы 1990 годом. [26]
Команда Психо-Актив
[ редактировать ]Psycho-Active разрабатывает многотопливное/воздушно-гибридное шасси, которое должно стать основой для линейки автомобилей. Заявленная мощность — 50 л.с./литр. Используемый ими пневматический двигатель называется DBRE или роторный двигатель с канальными лопастями. [27] [28]
Несуществующие конструкции авиационных двигателей
[ редактировать ]Конгер мотор
[ редактировать ]Милтон М. Конгер в 1881 году запатентовал и предположительно построил двигатель, работающий на сжатом воздухе или паре, который использует гибкую трубку , которая образует клиновидную или наклонную стенку или упор в задней части тангенциального подшипника колеса и приводит его в движение. с большей или меньшей скоростью в зависимости от давления рабочей среды. [29]
См. также
[ редактировать ]- Анджело Ди Пьетро (изобретатель)
- Аккумулирование энергии на основе сжатого воздуха
- Компрессор
- компании Proe Циклический двигатель Ericsson ; [30] вариант пневматического двигателя, в котором для сжатия воздуха используется топливо, которое затем немедленно подается в двигатель.
- Чикаго Пневматик
- Саймон Ингерсолл
- Атлас Копко
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Двигатели и управление ими, Пневматические двигатели - Все промышленные производители категории - Видео» . Архивировано из оригинала 29 января 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Инженеры Эджа. Конструкция и принцип действия пневмопривода. Получено с http://www.engineersedge.com/Hydraulic/pneumatic_actuator.htm.
- ^ Технология зонально-воздушного двигателя. Получено из «Пневмомоторы» . Архивировано из оригинала 11 февраля 2010 г. Проверено 9 марта 2010 г.
- ^ Jump up to: а б Лопастные двигатели. Получено из «Лопастный двигатель» . Архивировано из оригинала 19 октября 2009 г. Проверено 9 марта 2010 г.
- ^ Ю, Цихуэй; Хао, Сюэцин; Тан, Синь (2018). «Анализ производительности инновационного двухступенчатого воздушного двигателя поршневого типа» . Достижения в области машиностроения . 10 (5). дои : 10.1177/1687814018773860 . S2CID 117374963 .
- ^ Пневматические двигатели. Получено из «Пневмомоторы» . Архивировано из оригинала 11 февраля 2010 г. Проверено 9 марта 2010 г.
- ^ Безопасность прежде всего и иллюстрированная информация о «Введение — Пневматические двигатели Atlas Copco» . Архивировано из оригинала 22 мая 2015 г. Проверено 22 мая 2015 г.
- ^ Митрофанов Александр; Проскурин, Аркадий; Познанский, Андрей; Зивенко, Алексей (30 июня 2022 г.). «Определение мощности механических потерь в роторно-поршневом двигателе» . Восточно-Европейский журнал корпоративных технологий . 3 (8 (117)): 32–38. дои : 10.15587/1729-4061.2022.256115 . ISSN 1729-4061 . S2CID 250395944 .
- ^ Митрофанов Александр; Проскурин, Аркадий; Познанский, Андрей; Зивенко, Алексей (31 августа 2023 г.). «Определение влияния антифрикционной присадки на мощность механических потерь в роторно-поршневом двигателе» . Восточно-Европейский журнал корпоративных технологий . 4 (1 (124)): 28–34. дои : 10.15587/1729-4061.2023.284500 . ISSN 1729-4061 .
- ^ Промышленная концепция. Получено из «Промышленная концепция – MDI Enterprises SA Пневматический автомобиль – Чистые транспортные средства – Устойчивые технологии» . Архивировано из оригинала 22 июля 2011 г. Проверено 13 июля 2011 г.
- ↑ Холл, К. (26 мая 2009 г.). Компания Zero Environmental Motors планирует в 2011 году запустить в США пневматический автомобиль с расходом топлива 106 миль на галлон [сообщение в веб-журнале]. Получено из «Zero Pollution Motors планирует в 2011 году запустить в США пневматический автомобиль с расходом топлива 106 миль на галлон - MotorAuthority» . Архивировано из оригинала 2 ноября 2009 г. Проверено 13 июля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б История пневмотранспорта. (без даты). Получено из «Заводы авиационных автомобилей — история транспортных средств на сжатом воздухе» . Архивировано из оригинала 3 ноября 2011 г. Проверено 14 ноября 2011 г.
- ^ Ходжес, CB (1912). Патент США № 1024778. Вашингтон, округ Колумбия: Ведомство США по патентам и товарным знакам.
- ^ «Пневмодвижение» . Архивировано из оригинала 27 октября 2014 г. Проверено 7 ноября 2010 г.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 31 октября 2015 г. Проверено 11 мая 2014 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Браун, Адольф : Воздушный локомотив в «Фотографических видах Готардской железной дороги», Дорнах в Эльзасе, ок. 1875 г.
- ^ См. Пневматический автомобиль # Энергия.
- ^ «Инженер» . Архивировано из оригинала 5 октября 2010 г. Проверено 7 ноября 2010 г.
- ^ «Инженер» . Архивировано из оригинала 14 апреля 2008 г. Проверено 7 ноября 2010 г.
- ^ «Воздух двигателя» . Архивировано из оригинала 25 июня 2007 г.
- ^ «Новые изобретатели: роторно-поршневой двигатель» . Австралийская радиовещательная корпорация . Архивировано из оригинала 9 сентября 2011 г.
- ^ «К°Эйр Энерджи Инк» . Архивировано из оригинала 15 февраля 2015 г.
- ^ Войдила, Бен (9 июля 2008 г.). «Tata Nano предложит опциональный пневматический двигатель, что заставит электромобили выглядеть глупо» . Архивировано из оригинала 16 октября 2011 г.
- ^ Квазитурбина с низкими оборотами в минуту и высоким крутящим моментом, приводная от давления, для высокоэффективной модуляции мощности. Рецензируемая коллегами статья – опубликована в журнале «Proceeding of Turbo Expo 2007» IGTI (Международного института газовых турбин) и ASME (Американского общества инженеров-механиков). Аннотация. Архивировано 13 ноября 2006 г. на Wayback Machine. сайте
- ^ Jump up to: а б «Квазитурбина > Тип > Пневматика» . Архивировано из оригинала 20 сентября 2011 г.
- ^ «РЕГУШЬЭР - Дом» . Архивировано из оригинала 7 марта 2010 г.
- ^ «Психоактивные претенденты на автомобильную премию X-Prize» . Архивировано из оригинала 27 июля 2011 г.
- ^ «РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КАНАЛЬНЫМИ лопастями» компании Toughflow DESIGN . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г.
- ^ «Двигатель Конгера с гибкой трубкой с пневматическим приводом, 1881 год | Machine-History.Com» . Архивировано из оригинала 14 июля 2011 г. Проверено 13 июля 2011 г.
- ^ «Циклический двигатель Proe Ericsson» . Архивировано из оригинала 29 апреля 2013 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с пневматическим двигателем, на Викискладе?
