Пневматический двигатель ( пневматический двигатель ), или воздух в двигатель сжатого , представляет собой тип двигателя , который делает механическую работу путем расширения сжатого воздуха . Пневматические двигатели обычно преобразуют энергию сжатого воздуха в механическую работу посредством линейного или вращательного движения. Линейное движение может исходить от диафрагменного или поршневого привода, в то время как вращательное движение обеспечивается пневмодвигателем лопастного типа, поршневым пневмодвигателем, воздушной турбиной или мотор-редуктором.
Пневматические двигатели существовали во многих формах за последние два столетия, начиная от ручных двигателей и заканчивая двигателями мощностью до нескольких сотен лошадиных сил. Некоторые типы полагаются на поршни и цилиндры; другие используют роторы с пазами и лопастями (лопастные двигатели), а другие используют турбины. Многие двигатели со сжатым воздухом улучшают свои характеристики за счет нагрева поступающего воздуха или самого двигателя. Пневматические двигатели получили широкое распространение в производстве ручных инструментов [1], но также используются стационарно в широком диапазоне промышленных применений. Предпринимаются постоянные попытки расширить их использование в транспортной отрасли. Однако пневматические двигатели должны преодолеть неэффективность, прежде чем они будут рассматриваться как жизнеспособный вариант в транспортной отрасли.
Классификация [ править ]
Линейный [ править ]
Для достижения линейного движения сжатого воздуха чаще всего используется система поршней. Сжатый воздух подается в герметичную камеру, в которой находится вал поршня. Также внутри этой камеры пружина намотана вокруг вала поршня, чтобы держать камеру полностью открытой, когда воздух не нагнетается в камеру. Когда воздух подается в камеру, сила на валу поршня начинает преодолевать силу, действующую на пружину. [2] Чем больше воздуха подается в камеру, тем выше давление, и поршень начинает двигаться вниз по камере. Когда он достигает своей максимальной длины, давление воздуха сбрасывается из камеры, и пружина завершает цикл, закрывая камеру, чтобы вернуться в исходное положение.
Поршневые двигатели чаще всего используются в гидравлических системах. По сути, поршневые двигатели аналогичны гидравлическим двигателям, за исключением того, что они используются для преобразования гидравлической энергии в механическую [3] энергию. [4]
Поршневые двигатели часто используются последовательно из двух, трех, четырех, пяти или шести цилиндров, заключенных в корпус. Это позволяет поршням передавать больше мощности, потому что несколько двигателей синхронизируются друг с другом в определенные моменты своего цикла.
Практический механический КПД, достигаемый поршневым пневмодвигателем, составляет от 40% до 50%. [5]
Роторно-лопастные двигатели [ править ]
Тип пневматического двигателя, известный как роторно-лопастной двигатель, использует воздух для создания вращательного движения на валу. Вращающийся элемент представляет собой щелевой ротор, установленный на приводном валу. Каждая прорезь ротора снабжена свободно скользящей прямоугольной лопаткой. [4] Лопатки выдвигаются к стенкам корпуса с помощью пружин, кулачка или давления воздуха, в зависимости от конструкции двигателя. Воздух прокачивается через вход двигателя, который толкает лопатки, создавая вращательное движение центрального вала. Скорость вращения может варьироваться от 100 до 25 000 об / мин в зависимости от нескольких факторов, включая давление воздуха на входе в двигатель и диаметр корпуса. [2]
Одно из применений лопастных пневмодвигателей - запуск больших промышленных дизельных двигателей или двигателей, работающих на природном газе. Накопленная энергия в виде сжатого воздуха, азота или природного газа поступает в герметичную камеру двигателя и оказывает давление на лопатки 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 меньшем потреблении энергии. Эти редукторы позволяют маховику двигателя создавать достаточный крутящий момент, когда он находится в зацеплении с шестерней пневмодвигателя или пневматического стартера.
Практический КПД лопастного двигателя составил 70% [6].
Турбинные двигатели [ править ]
Воздушные турбины вращают фрезу в высокоскоростных стоматологических наконечниках со скоростью более 180000 об / мин, но с ограниченным крутящим моментом . Турбина достаточно мала, чтобы поместиться в наконечнике наконечника без увеличения веса.
Заявление [ править ]
Пневматические двигатели широко применяются в ручных инструментах, гайковертах, импульсных инструментах, отвертках, гайковертах, сверлах, шлифовальных машинах, шлифовальных машинах и т. Д. Пневматические двигатели также используются стационарно в широком диапазоне промышленных применений. Хотя общая энергоэффективность пневматических инструментов низкая и для них требуется доступ к источнику сжатого воздуха, есть несколько преимуществ перед электрическими инструментами. Они предлагают большую удельную мощность (меньший пневматический двигатель может обеспечивать такую же мощность, как и более крупный электродвигатель), не требуют вспомогательного регулятора скорости (что увеличивает его компактность), выделяют меньше тепла и могут использоваться в более изменчивой атмосфере. поскольку они не требуют электроэнергии [7] и не создают искр. Их можно нагружать до остановки с полным крутящим моментом без повреждений. [8]
Исторически сложилось так, что многие люди пытались применить пневматические двигатели в транспортной отрасли. Гай Негре, генеральный директор и основатель Zero Pollution Motors, был пионером в этой области с конца 1980-х годов. [9] Недавно Engineair также разработала роторный двигатель для использования в автомобилях. Engineair размещает двигатель непосредственно рядом с колесом транспортного средства и не использует промежуточных частей для передачи движения, что означает, что почти вся энергия двигателя используется для вращения колеса. [10]
История в транспорте [ править ]
Пневматический двигатель впервые был применен на транспорте в середине 19 века. Хотя о первом зарегистрированном транспортном средстве с сжатым воздухом известно немного, говорят, что французы Андро и Тесси из Мотэ управляли автомобилем с пневматическим двигателем на испытательном треке в Шайо, Франция, 9 июля 1840 года. как сообщалось, тест был успешным, пара не рассматривала дальнейшее расширение дизайна. [11]
Первым успешным применением пневматического двигателя на транспорте стал пневматический двигатель системы Мекарски, используемый в локомотивах. Инновационный двигатель Mekarski преодолел охлаждение, которое сопровождает расширение воздуха за счет нагрева воздуха в небольшом котле перед его использованием. Трамваи де Нант , расположенный в Нант, Франция, было отмечено , что первыми использовать двигатели Mekarski для питания их парка локомотивов. Трамвай начал работать 13 декабря 1879 года и продолжает работать сегодня, 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 в угольных шахтах. [12] Поскольку пневматические двигатели не используют горение, они были гораздо более безопасным вариантом в угольной промышленности. [11]
Многие компании заявляют, что разрабатывают автомобили с сжатым воздухом , но на самом деле ни одна из них не доступна для покупки или даже для независимого тестирования.
Инструменты [ править ]
Ударные ключи , импульсные инструменты, динамометрические ключи , отвертки , сверла , шлифовальные машины , шлифовальные машины , шлифовальные машины , стоматологические сверла , шиномонтажные станки и другие пневматические инструменты используют различные пневмодвигатели . К ним относятся двигатели лопастного типа, турбины и поршневые двигатели.
Торпеды [ править ]
Наиболее успешные ранние формы самоходных торпед использовали сжатый воздух высокого давления , хотя его вытеснили двигатели внутреннего или внешнего сгорания, паровые двигатели или электродвигатели.
Железные дороги [ править ]
Двигатели со сжатым воздухом использовались в трамваях и маневровых транспортных средствах и в конечном итоге нашли успешную нишу в горных локомотивах, хотя в конце концов их заменили электрические поезда, подземные. [13] С годами конструкция усложнялась, что привело к появлению двигателя тройного расширения с подогревателями воздух-воздух между каждой ступенью. [14] Для получения дополнительной информации см. Fireless локомотив и система Mekarski .
Пневматический трамвай Mekarski, 1875 г.
Пневматический локомотив с прикрепленным к нему резервуаром под давлением, использовавшийся при строительстве Готардского железнодорожного тоннеля 1872-1880 гг. [15]
Пневматический локомотив HK Porter, Inc., использовавшийся на шахте Хоумстейк , Южная Дакота, с 1928 по 1961 год.
Полет [ править ]
Самолеты транспортной категории, такие как коммерческие авиалайнеры, используют стартеры на сжатом воздухе для запуска главных двигателей. Подача воздуха осуществляется компрессором нагрузки вспомогательной силовой установки самолета или наземным оборудованием.
Водяные ракеты используют сжатый воздух для приведения в действие водяной струи и создания тяги, они используются в качестве игрушек.
Производитель игрушек Air Hogs также использует сжатый воздух для питания поршневых двигателей игрушечных самолетов (и некоторых других игрушечных транспортных средств).
Автомобильная промышленность [ править ]
В настоящее время наблюдается некоторый интерес к разработке авиационных автомобилей . Для них было предложено несколько двигателей, но ни один из них не продемонстрировал производительности и длительного срока службы, необходимых для личного транспорта.
Энергия [ править ]
Energine Corporation была южнокорейской компанией, которая утверждала, что поставляет полностью собранные автомобили, работающие на гибридном пневматическом и электрическом двигателе. Пневматический двигатель используется для включения генератора переменного тока , что увеличивает автономную работоспособность автомобиля. Генеральный директор был арестован за мошенническое продвижение пневматических двигателей с ложными утверждениями. [16]
EngineAir [ править ]
Австралийская компания EngineAir создает роторный двигатель, работающий на сжатом воздухе, который называется двигателем Di Pietro . В основе концепции двигателя Di Pietro лежит поворотный поршень. В отличие от существующих роторных двигателей, в двигателе Ди Пьетро используется простой цилиндрический роторный поршень (привод вала), который катится с небольшим трением внутри цилиндрического статора. [17]
Его можно использовать в лодках, автомобилях, грузовиках и других транспортных средствах. Для преодоления трения необходимо давление всего 1 фунт / кв. Дюйм (≈ 6,8 кПа ). [18] [19] Двигатель также был показан в программе ABC New Inventors в Австралии 24 марта 2004 года. [20]
K'Airmobiles [ править ]
Транспортные средства K'Airmobiles предназначались для коммерциализации в рамках проекта, разработанного во Франции в 2006–2007 годах небольшой группой исследователей. Однако собрать необходимые средства проекту не удалось.
Люди должны отметить, что тем временем команда осознала физическую невозможность использования хранимого на борту сжатого воздуха из-за его низкой энергоемкости и тепловых потерь в результате расширения газа.
В наши дни, с использованием запатентованного генератора K'Air Generator, преобразованного 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 Энергетическая система. [21]
MDI [ править ]
В оригинальном воздушном двигателе Nègre один поршень сжимает воздух из атмосферы для смешивания с накопленным сжатым воздухом (который при расширении резко охлаждается). Эта смесь приводит в движение второй поршень, обеспечивая реальную мощность двигателя. Двигатель MDI работает с постоянным крутящим моментом, и единственный способ изменить крутящий момент на колеса - использовать шкивную передачу с постоянным изменением, теряя некоторую эффективность. Когда автомобиль остановлен, двигатель MDI должен был работать, теряя энергию. В 2001-2004 гг. MDI перешел на конструкцию, аналогичную описанной в патентах Регуши (см. Ниже), датируемых 1990 годом.
В 2008 году сообщалось, что индийский производитель автомобилей Tata рассматривал двигатель со сжатым воздухом MDI в качестве опции для своих недорогих автомобилей Nano. [22] В 2009 году компания Tata объявила, что разработка автомобиля, работающего на сжатом воздухе, оказалась сложной из-за его малого диапазона и проблем с низкими температурами двигателя.
Квазитурбина [ править ]
Пневматический квазитурбинного двигатель представляет собой сжатый воздух роторным двигателя , используя ромбовидный-образный ротор , стороны которого шарнирно соединен в вершинах.
Квазитурбина зарекомендовала себя как пневматический двигатель, использующий накопленный сжатый воздух [23]
Он также может использовать усиление энергии, возможное за счет использования доступного внешнего тепла, например, солнечной энергии . [24]
Квазитурбина вращается от давления всего 0,1 атм (1,47 фунта на квадратный дюйм).
Поскольку квазитурбина - это двигатель чистого расширения, в то время как двигатель Ванкеля и большинство других роторных двигателей - нет, он хорошо подходит в качестве двигателя со сжатой жидкостью, пневматического двигателя или пневматического двигателя. [24]
Регуси [ править ]
Версия воздушного двигателя Армандо Регуши соединяет систему трансмиссии непосредственно с колесом и имеет регулируемый крутящий момент от нуля до максимума, повышая эффективность. Патенты Регуши датируются 1990 годом. [25]
Team Psycho-Active [ править ]
Psycho-Active разрабатывает многотопливное / воздушно-гибридное шасси, которое должно служить основой для линейки автомобилей. Заявленная производительность - 50 л.с. / л. Пневматический двигатель, который они используют, называется DBRE или Ducted Blade Rotary Engine. [26] [27]
Несуществующие конструкции воздушных двигателей [ править ]
Двигатель конгера [ править ]
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 движущей среды. [28]
См. Также [ править ]
- Анджело Ди Пьетро (изобретатель)
- Хранение энергии сжатым воздухом
- Компрессор
- Цикловый двигатель Proe Ericsson ; [29] вариант двигателя со сжатым воздухом, в котором для сжатия воздуха используется топливо, которое затем немедленно впрыскивается в двигатель.
- Саймон Ингерсолл
- Атлас Копко
Ссылки [ править ]
- ^ «Двигатели и управление двигателями, Пневматические двигатели - Все промышленные производители в этой категории - Видео» . Архивировано 29 января 2011 года.
- ^ a b Инженерная кромка. Устройство и работа пневмопривода. Получено с http://www.engineersedge.com/hydraulic/pneumatic_actuator.htm.
- ^ Технология зонно-пневмодвигателя. Получено из «Архивной копии» . Архивировано из оригинала на 2010-02-11 . Проверено 9 марта 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ a b Двигатели лопастного типа. Получено из «Архивной копии» . Архивировано 19 октября 2009 года . Проверено 9 марта 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/1687814018773860
- ^ https://www.hindawi.com/journals/ijrm/2012/578745/
- ^ Пневматические двигатели. Получено из «Архивной копии» . Архивировано из оригинала на 2010-02-11 . Проверено 9 марта 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Безопасность прежде всего и иллюстрированная информация о «Архивной копии» . Архивировано из оригинала на 2015-05-22 . Проверено 22 мая 2015 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Индустриальная концепция. Получено из «Архивной копии» . Архивировано 22 июля 2011 года . Проверено 13 июля 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ↑ Холл, К. (26 мая 2009 г.). Моторы с нулевым загрязнением планируют запустить в 2011 году автомобиль с воздушным двигателем мощностью 106 миль на галлон [сообщение веб-журнала]. Получено из «Архивной копии» . Архивировано 2 ноября 2009 года . Проверено 13 июля 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ a b История пневматических транспортных средств. (nd). Получено из «Архивной копии» . Архивировано из оригинала на 2011-11-03 . Проверено 14 ноября 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Ходжес, CB (1912). Патент США № 1024778. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.
- ^ "Пневматическая двигательная установка" . Архивировано из оригинала на 2014-10-27 . Проверено 7 ноября 2010 .
- ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2015-10-31 . Проверено 11 мая 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Braun, Adolphe : Luftlokomotive в "Photographische Ansichten дер Gotthardbahn", Дорнах им Elsass, ок 1875 г.
- ^ См. Пневматическая машина # Energine.
- ^ "Engineair" . Архивировано из оригинала на 2010-10-05 . Проверено 7 ноября 2010 .
- ^ "Engineair" . Архивировано из оригинала на 2008-04-14 . Проверено 7 ноября 2010 .
- ^ "Двигатель воздуха" . Архивировано 25 июня 2007 года.
- ^ "Новые изобретатели: роторно-поршневой двигатель" . Архивировано 9 сентября 2011 года.
- ^ "K ° Air Energy Inc" . Архивировано 15 февраля 2015 года.
- ^ Wojdyla, Бен. «Tata Nano предложит двигатель со сжатым воздухом в качестве опции, чтобы электромобили выглядели глупо» . Архивировано 16 октября 2011 года.
- ^ Квазитурбинная турбина с приводом от давления с низким оборотом и высоким крутящим моментом для максимальной эффективности модуляции мощности. Рецензируемая статья - опубликована в журнале «Proceeding of Turbo Expo 2007» IGTI (Международный институт газовых турбин) и ASME (Американское общество инженеров-механиков). Аннотация архивация 2006-11-13 в Вайбаке машине информации
- ^ a b «Квазитурбина> Тип> Пневматический» . Архивировано 20 сентября 2011 года.
- ^ "REGUSCIAIR - Дом" . Архивировано 07 марта 2010 года.
- ^ "Психоактивные претенденты на автомобильную премию X" . Архивировано 27 июля 2011 года.
- ^ "РОТАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПОДВОДНЫМИ ЛЕЗВИЯМИ THOUGHTLOW DESIGN" . Архивировано 4 марта 2016 года.
- ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2011-07-14 . Проверено 13 июля 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ "Proe Ericsson Cycle Engine" . Архивировано 29 апреля 2013 года.
Внешние ссылки [ править ]
- СМИ, связанные с пневматическим двигателем, на Викискладе?
