Вакуумный двигатель

Вакуумный двигатель относится к любому типу двигателя, который получает свою силу от давления воздуха на одной стороне поршня, а также имеет частичный вакуум на другой стороне. Этот перепад давления может быть результатом теплопередачи или механическим воздействием внешнего источника.

История

Некоторые ранние газовые двигатели работали по принципу «вакуума» или «атмосферы», аналогично паровому двигателю Ньюкомена . Смесь газа и воздуха съела цилиндр и воспламенилась; смесь расширилась и часть ее вышла через выпускной клапан; затем клапан закрывался, смесь охлаждалась и сжималась, а атмосферное давление толкало поршень внутрь. Такие двигатели были очень неэффективны и были вытеснены двигателями, работающими по циклу Отто .

Тепловые двигатели

(также называемый двигателем-лизуном пламени , двигателем пламени или танцором пламени )

В начале такта впуска клапан в головке цилиндра открывается и впускает заряд горючего газа и воздуха, который улавливается при закрытии клапана и расширяется. К концу хода заряд вступает в контакт с частью цилиндра с водяным или воздушным охлаждением и охлаждается, вызывая внезапное падение давления, достаточное для всасывания поршня, открытого по направлению к кривошипу, обратно при обратном ходе. гладить. Клапан снова открывается, чтобы поршень вытеснил сгоревшие газы до начала следующего хода.

Вакуумный двигатель

В вакуумном двигателе частичный вакуум создается внешним насосом. Эти двигатели обычно использовались для привода поворотных кругов железной дороги в Великобритании создаваемый паровоза , используя вакуум , вакуумным тормозным эжектором . Принцип работы аналогичен паровому двигателю – в обоих случаях мощность извлекается из разницы давлений. ^{[ я ]}

Небольшие вакуумные двигатели также использовались для управления стеклоочистителями в автомобилях . В этом случае двигатели питались от вакуума в коллекторе . Такое расположение было не очень удовлетворительным, потому что, если бы дроссельная заслонка была широко открыта, дворники замедляли бы скорость или даже останавливались. В современных автомобилях используются дворники с электроприводом. Однако в современных автомобилях все еще используется своего рода вакуумный двигатель — вакуумный сервопривод . Тормоза приводятся в действие гидравлической системой, но для усиления усилия, прилагаемого водителем, в них используется «вакуумный двигатель». Небольшие вакуумные двигатели также использовались с конца 1960-х годов для управления сервомеханизмами, такими как дверные замки, ^{[ ii ]} управление обогревателем ^{[ iii ]} или подвижные вентиляционные заслонки капота. ^{[ iv ]}

Некоторые пианино Player используют вакуумные двигатели.

Можно сказать, что глобальная промышленная революция возникла из-за «вакуумного двигателя», поскольку все первые паровые двигатели, особенно новаторские двигатели Бултона и Уатта, работали с паром почти при атмосферном давлении. Вы можете легко сделать демонстрационный вакуумный двигатель, используя маховик, простые детали сантехники и несколько других простых компонентов, как показывает Нил А. Дауни в справочнике.

Для передачи мощности можно использовать вакуумную систему, хотя максимальная мощность, которую можно передать вакуумному двигателю, меньше, чем у обычной пневматики. Как показывает Дауни, оптимальное давление для работы вакуумной системы передачи энергии составляет около 0,4 бар (8 фунтов на квадратный дюйм). Хотя он менее эффективен, чем пневматика, он вполне работоспособен. Например, труба диаметром 22 мм (7/8 дюйма) в вакууме может передавать такую же мощность при давлении 0,4 бар (8 фунтов на квадратный дюйм), как труба диаметром 6 мм (1/4 дюйма) при давлении 8 бар (100 фунтов на квадратный дюйм). Система настолько эффективна, что Бултон и Ватт использовали вакуумную передачу энергии на своем заводе. На заводе вакуумную магистраль называли «спиртовой трубкой». ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Идеальный термодинамический процесс

В отличие от идеального двигателя с циклом Отто , вакуумный двигатель использует постоянный источник тепла, обеспечиваемый сжиганием топлива. Как упоминалось выше, клапан обеспечивает поступление тепла в поршневую камеру. Оценивая, что тепло в или Qin является постоянным в контролируемом объеме пространства, уравнение идеального газа PV = nRT предполагает увеличение давления в поршневой камере. После закрытия клапана поршень во время хода вниз подвергается адиабатическому процессу. Как только поршень достигает нижней части своего хода, камера охлаждается либо окружающим воздухом, либо водой, и возникающий в результате Qout заставляет давление в поршне уменьшаться. Затем система подвергается еще одному адиабатическому сжатию газа в камере, который впоследствии высвобождается клапаном в верхней части хода цилиндра, одновременно позволяя новому нагретому газу войти в камеру.

Одна из основных проблем, с которой столкнулся этот двигатель при разработке, заключалась в том, что эффективность этой модели в реальных приложениях была крайне низкой. Поскольку источник тепла не локализован в определенной области, для питания двигателя расходуется лишь небольшая часть потенциального топлива. Поскольку эффективность двигателя определяется соотношением между объемом проделанной работы и потенциальной энергией потребляемого топлива, можно видеть, что в вакуумном двигателе для питания двигателя используется лишь небольшое количество горящего топлива. Остальная часть топливной энергии теряется в окружающей атмосфере.

См. также

Ссылки

^ Двигатель похож на паровой двигатель, но не идентичен, поскольку паровые двигатели работают от горячего пара, который также содержит энтальпию в виде тепла.
^ Mercedes-Benz
^ Lancia Beta Montecarlo
^ Додж Чарджер

^ Дауни, Нил А., Взрывающиеся дисковые пушки, слиземобили и 32 других проекта для Saturday Science, Балтимор, издательство Университета Джонса Хопкинса (2006).
^ Смайлс, Сэмюэл, Жизни инженеров, паровой двигатель, Бултон и Ватт, Лондон, Джон Мюррей (1878).

Внешние ссылки

Концептуальная иллюстрация

[1] Двигатель похож на паровой двигатель, но не идентичен, поскольку паровые двигатели работают от горячего пара, который также содержит энтальпию в виде тепла.

[2] Mercedes-Benz

[3] Lancia Beta Montecarlo

[4] Додж Чарджер

[5] Дауни, Нил А., Взрывающиеся дисковые пушки, слиземобили и 32 других проекта для Saturday Science, Балтимор, издательство Университета Джонса Хопкинса (2006).

[6] Смайлс, Сэмюэл, Жизни инженеров, паровой двигатель, Бултон и Ватт, Лондон, Джон Мюррей (1878).

[ я ]

[ ii ]

[ iii ]

[ iv ]

[ 1 ]

[ 2 ]