Кпд пневмодвигатель: А знаете ли вы, что…

А знаете ли вы, что…

А знаете ли вы, что если бы не новый когда то тренд — электричество, то мы возможно бы мы ездили не на бензине за 30р/л, а на сжатом воздухе!

Энергетически запасение энергии в виде сжатого воздуха выгоднее использования электрических аккумуляторов. Дело в том, что не существует пока электродвигателей, использующих 100% запасенной электроэнергии, т.к. КПД любого электродвигателя пока не больше 50%. КПД же пневмодвигателей приближается к 90%! По сути дела, это самый эффективный механический двигатель!

Вот простая арифметика: если на 100 км пути требуется приблизительно  0,6 — 1,0 МДж, а при давлении сжатого воздуха 300 бар энергетическая плотность может достигать около 0.1 МДж/литр, значит расход сжатого воздуха должен составлять 6 — 10 л/100 км!
Сами понимаете, это 100%-но экологичный двигатель, не считая наличия смазочных материалов.

Я помню свои школьные и институтские практики на заводах, где в слесарно-сборочных цехах применение мото-инструментов на сжатом воздухе было широко распространено.

Пневмопривод находил воплощение в различных приборах — от пневмозвонков в дверях, пневмопочты, пневматического оружия и до предложенной в 1827 году пневматической железной дороги. В 1861 году на Александровском заводе в Санкт-Петербурге С. И. Барановским был построен локомотив на пневматическом приводе, который получил название духоход Барановского. Локомотив использовался на Николаевской железной дороге до лета 1862 года.

Сжатый воздух используется с 19-го века для привода локомотивов в горной промышленности. Кроме того, в некоторых городах, например, в Париже, сжатый воздух использовался для привода трамваев, запитывавшихся от центральной общегородской пневматической распределительной сети. Ранее сжатый воздух использовался в двигателях торпед, обеспечивавших их движение вперёд.

Во время строительства Сент-Готардской железной дороги в период с 1872 по 1882 годы, пневматические локомотивы использовались при прокладывании Готардского железнодорожного туннеля.

В 1903 году компания «Сжиженный воздух» (англ. Liquid Air Company), расположенная в Лондоне, производила автомобили на сжатом и сжиженном воздухе.

Несостоятельности пневмопривода способствовала высокая цена получения сжатого и сжиженного воздуха, а также низкий вращательный момент и его снижение по мере расхода воздуха.

Так или иначе, можно сказать, что пневмодвигатели используют электроэнергию, так как получение сжатого воздуха без электродвигателя трудно себе представить. Хотя, я знаю один вариант — поставить вместо электротурбин на электростанциях компрессоры.

Главной проблемой машины на пневмоприводе был бы не перегрев двигателя, а его переохлаждение, так как при работе пневмодвигатель не нагревается, а охлаждается! Заправка же баллонов сжатым воздухом, наоборот, связана с чрезмерным нагревом баллонов, но для пневмомобилей процесс заправки мог бы осуществлятся путем замены баллонов.

Тепло выделяемое при заправке баллонов, опять-таки, могло бы идти на нужды муниципального отопления. Конечно же, горяченькие баллоны должны обладать большим запасом хода.

Честно говоря, эти демо варианты пневмомобилей наводят пока только ужас, напоминая об автопроме начала прошлого века) По суггестивным ссылкам в Youtube к этому ролику можно увидеть другие прототипы воздухомобилей.
Но мне почему то верится, что воздухомобили придут в наш быт и заменят бензиновый двигатель.

Tags: воздухомобиль, пневмомобиль, пневмопривод, сжатый воздух, сжиженный воздух

поршневой пневмодвигатель — патент РФ 2097576

Использование: в машиностроении, а именно в машинах объемного действия, в частности в поршневых пневмодвигателях, и может быть использовано, например в горной промышленности в качестве привода погрузочных машин, лебедок и др. Сущность изобретения: в поршневом пневмодвигателе, содержащем цилиндр, в стенках которого выполнены впускные окна, поршень, впускной штуцер, а также механизм газораспределения, последний выполнен в виде нормально открытого клапана, который снабжен закрепленным на пружине запорным элементом. Изобретение обеспечивает повышение КПД и эксплуатационной надежности пневмодвигателя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

1. Поршневой пневмодвигатель, содержащий цилиндр, в стенках которого выполнены выпускные окна, поршень, впускной штуцер, а также механизм газорапределения, отличающийся тем, что механизм газораспределения выполнен в виде нормально открытого клапана, который снабжен закрепленным на пружине запорным элементом.

2. Пневмодвигатель по п. 1, отличающийся тем, что в седле клапана выполнены направляющие в виде цилиндрических штифтов.

3. Пневмодвигатель по п. 1, отличающийся тем, что запорный элемент снабжен штоком и жестко связан с ним и одетой на шток пружиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к машинам объемного действия, в частности к поршневым пневмодвигателям, и может быть использовано, например, в горной промышленности в качестве привода погрузочных машин, лебедок и др.

Известны пневмодвигатели, имеющие цилиндр с движущимся возвратно-поступательно в нем поршнем и систему принудительного газораспределения, когда полость цилиндра сообщается с магистралью высокого давления посредством золотника, жестко связанного с кривошипом. Золотник, вращаясь в неподвижной втулке с окнами, посредством каналов поочередно соединяет цилиндр с полостью подвода сжатого воздуха и с полостью выхлопа отработанного воздуха [1, с. 10]
Основными недостатками указанной конструкции являются наличие сложной системы золотникового газораспределения, которая представляет собой дополнительный узел механического трения, что обусловливает низкую частоту вращения коленчатого вала, повышенное потребление воздуха и вследствие этого низкий КПД пневмодвигателя, а также невысокая эксплуатационная надежность вследствие частого выхода из строя золотникового механизма газораспределения.

Известна другая конструкция поршневого пневмодвигателя пневмодвигатель П16-25 [2, с. 30 31] который характеризуется наличием выхлопных отверстий в стенках цилиндров, открываемых поршнями в конце рабочего хода.

Золотник данного пнемводвигателя имеет уменьшенное число каналов по сравнению с выше описанной конструкцией, что позволяет увеличить проходное сечение каналов золотника и приводит к некоторому повышению мощности пневмодвигателя, но при этом имеет место повышенное потребление сжатого воздуха. Однако наличие золотникового механизма газораспределения не приводит к существенному увеличению КПД и повышению эксплуатационной надежности пневмодвигателя.

Задача изобретения устранение указанных недостатков: повышение КПД и эксплуатационной надежности пневмодвигателя.

Задача может быть решена за счет того, что механизм газораспределения выполнен в виде нормально-открытого клапана, который снабжен закрепленным на пружине запорным элементом.

Для предотвращения смещения запорного элемента относительно проходных отверстий в седле клапана выполнены направляющие в виде цилиндрических шрифтов, или запорный элемент снабжен штоком и жестко связан с ним и одетой на шток пружиной.

На фиг.1 схематично изображен цилиндо пневмодвигателя продольный разрез; на фиг.2 нормально-открытый клапан, в котором запорный элемент снабжен штоком.

Пневмодвигатель содержит цилиндр 1, вдоль оси которого возвратно-поступательно перемещается поршень 2, связанный с кривошипно-шатунным механизмом. Цилиндр имеет выпускные окна 3, размещенные равномерно по окружности цилиндра, выполненные, например, в виде круглых отверстий. В крышке 4 цилиндра 1 располагается нормально-открытый впускной клапан. Впускной клапан представляет собой закрепленный на пружине 5 запорный элемент, например, в виде цилиндрической пластины 6, седло 7 с отверстиями для прохода воздуха 8. В крышке 4 имеется штуцер 9 для подачи сжатого воздуха и регулировочный винт 10 для изменения высоты подъема запорного элемента. В седле 7 впускного клапана для предотвращения смещения запорного элемента 6 относительно проходных отверстий 8 выполнены цилиндрические штифты 11. На фиг.2 показан нормально открытый клапан, в котором для предотвращения смещения запорного элемента 6 относительно проходных отверстий 8 запорный элемент 6 снабжен штоком 12, а в регулировочном винте 11 выполнено отверстие 13 для штока 12. Регулировочный винт 11 посредством пружины 5 связан с запорным элементом 6.

Пневмодвигатель работает следующим образом.

При подаче воздуха высокого давления через штуцер 9 происходит впуск порции воздуха в цилиндр 1 через нормально открытый впускной клапан. Поршень 2 при этом находится в верхней мертвой точке и выпускные окна 3 перекрыты. При истечении воздуха в зазоре между седлом 7 и запорным элементом 6 происходит нарастание перепада давлений над запорным элементом 6 и по ним. Клапан, преодолевая упругие силы пружины 5, закроется, перекрыв истечение воздуха высокого давления в цилиндр 1. Попавшая в цилиндр порция воздуха оказывает давление на поршень 2 и при его перемещении расширяется с совершением работы. При открытии поршнем 2 в нижней мертвой точке выпускных окон 3 расширившийся охлажденный воздух выталкивается в магистраль низкого давления. При достижении поршнем верхней мертвой точки давление в цилиндре 1 растет за счет сжатия остаточного воздуха. При достижении равенства давлений в цилиндре и магистрали высокого давления клапан впуска за счет упругости пружины 5 открывается, цикл повторяется.

Предлагаемый пневмодвигатель позволяет повысить КПД и эксплуатационную надежность пневмодвигателя, в то же время существенно упрощается конструкция пневмодвигателя, что обеспечивает снижение его удельной металлоемкости и уменьшение габаритов.

Источники информации
1. Герц Е. В. Крейнин Г. В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие, М. Машиностроение, 1975, 272 с.

2. Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Сб. статей, вып.10, /Под общ. ред. Е. В. Герца, М. Машиностроение, 1984, 304 с.

Плюсы и минусы Air Motors VS. Электрические двигатели

Пневматический двигатель или электрический двигатель: какой из них выбрать?

Автор rggroup, 25 января 2019 г., Инструментарий

Когда речь заходит о выборе двигателя, первыми на ум приходят электродвигатели. Но если вы ищете двигатель с большим крутящим моментом и энергоэффективностью, обратите внимание на пневматический двигатель.

Выбор правильного типа двигателя зависит от условий эксплуатации и окружающей среды. Электродвигатели полезны для небольших проектов и мастерских «сделай сам». Пневматические двигатели отлично подходят для заводов, производственных предприятий и других промышленных целей.

В этой статье содержится все, что вам нужно знать, чтобы выбрать между пневматическим двигателем и электрическим двигателем. Узнайте, каковы плюсы и минусы для каждого, и что лучше всего подходит для ваших нужд.

Пневматический двигатель VS Электрический двигатель

Выбор между пневматическим двигателем и электрическим двигателем является решением для промышленных производственных предприятий. Выбор часто делается в пользу промышленного миксера. Промышленные смесители взбивают широкий спектр жидкостей и химикатов для использования в производственных процессах.

Когда вы смешиваете чан с жидкостью объемом десять тысяч галлонов, очень важно, какой мотор вы используете. Крутящий момент, скорость, энергоэффективность и условия смешивания играют ключевую роль в выборе двигателя.

Неправильный двигатель замедлит производственный процесс и приведет к снижению эффективности на рабочем месте. Правильный двигатель ускорит процесс и улучшит общую производительность.

Чтобы выбрать правильный двигатель, обратите внимание на следующие особенности:

Приложенный крутящий момент и выходная мощность

Самым большим преимуществом пневматического двигателя по сравнению с электрическим двигателем является крутящий момент. Пневматический двигатель позволяет регулировать выходной крутящий момент в зависимости от ваших потребностей. Пневматические двигатели имеют динамическую крутящую нагрузку.

Электродвигатели получают питание либо от двигателя переменного тока (AC), либо от двигателя постоянного тока (DC). Электродвигатели питаются от аккумулятора или 12-вольтовой розетки. Некоторые электродвигатели имеют несколько настроек скорости, но крутящий момент двигателя остается фиксированным.

В отличие от электрического двигателя, пневматические двигатели увеличивают или уменьшают крутящий момент двигателя для точного смешивания.

Наиболее распространенными типами пневматических двигателей для промышленных процессов являются роторно-лопастной двигатель и пневматический двигатель Gast. Эти воздушные двигатели создают крутящий момент за счет изменения давления воздуха, вращающего двигатель. Чем больше воздуха пропускается, тем быстрее двигатель вращается с меньшим крутящим моментом. По мере увеличения давления двигатель вращается медленнее с большим крутящим моментом.

Давление воздуха в 20 фунтов на квадратный дюйм (фунт на квадратный дюйм) обеспечивает около 2500 оборотов в минуту (об/мин) двигателя. Это создает около одной лошадиной силы на выходе. Максимальная выходная мощность для большинства пневматических двигателей составляет около 4. Чтобы двигатель вращался с той же скоростью, двигатель увеличивает давление до 100 фунтов на квадратный дюйм.0005

Электродвигатель не обладает такой универсальностью. Если крутящий момент перегружен, двигатель просто заклинивает и часто выходит из строя. Пневматический двигатель компенсирует повышенные требования к крутящему моменту за счет большего давления воздуха до тех пор, пока потребность не будет удовлетворена.

Энергоэффективность

Электродвигатели более эффективны, чем пневматические двигатели. Электродвигатель обеспечивает давление воздуха непосредственно в герметичной коробке двигателя. Пневматический двигатель использует внешнее сжатие воздуха, который поступает в коробку двигателя.

Для пневматических двигателей требуются трубки, колена и фитинги, которые выщелачивают небольшие количества воздуха. Даже при таком небольшом снижении эффективности воздушные двигатели обеспечивают во много раз большую выходную мощность, чем электрические двигатели. Однако дополнительная мощность достигается за счет меньшей энергоэффективности.

Энергоэффективность пневматического двигателя по сравнению с электрическим двигателем имеет большое значение для итоговой прибыли бизнеса. Дополнительные эксплуатационные расходы пневматического двигателя могут обойтись предприятию примерно в 1500 долларов США по сравнению с электрическим двигателем. В целом, пневматический двигатель может потерять около 20% энергоэффективности.

Прецизионный регулятор скорости

Скорость, с которой может работать ваш двигатель, зависит от пневматического двигателя. При увеличении давления воздуха в двигателе скорость и крутящий момент реагируют соответствующим образом. Электродвигатели предлагают функцию регулирования скорости только за дополнительную плату.

Пневматические двигатели

работают для получения точных результатов при каждом использовании. Вы можете рассчитывать на неизменное качество продукции на протяжении всего жизненного цикла двигателя. Электродвигатели не так надежны, и со временем их эффективность будет снижаться.

Факторы окружающей среды

Одним из важнейших соображений, которые следует учитывать при выборе пневматического или электрического двигателя, является среда, в которой вы собираетесь его использовать. Некоторые среды опасны для электродвигателей. Пневматические двигатели являются первым выбором при работе в среде, где может иметь место коррозия.

Конструкция электродвигателей обеспечивает взрывозащищенность агрегатов. Этот корпус требует, чтобы корпус двигателя был очень плотно расположен друг к другу, с небольшим пространством между частями. Корпус этих двигателей в конечном итоге собирает влагу и разъедает движущиеся части вашего электродвигателя.

Пневматический двигатель работает на сжатом воздухе, а не на движущихся частях. Пневматические двигатели безопасны для использования во влажной среде. Электродвигатели нуждаются в экологически чистом корпусе, если они будут использоваться на открытом воздухе.

Размер и вес двигателя

Размер вашего двигателя зависит от устройства, которое он приводит в действие. Пневматические двигатели намного легче электрических и их легче транспортировать.

Электродвигатели включают в себя источник питания и корпус двигателя в одном блоке. Поскольку пневматические двигатели подключаются к внешнему источнику питания, они намного легче и их легче перемещать. И выходная мощность пневматического двигателя дает больше лошадиных сил, чем у его электрического аналога.

Заключительные мысли

Если ваши требования к крутящему моменту и мощности варьируются, пневматический двигатель — правильный выбор. С другой стороны, электрические двигатели намного более энергоэффективны, но теряют универсальность.

Единственная причина, по которой вы получаете выгоду от электродвигателя, заключается в том, что вы используете его статично и контролируете окружающую среду.

Если вам понравилась эта статья о том, как выбрать пневматический или электрический двигатель, поделитесь ею в социальных сетях. И подпишитесь на информационный бюллетень, чтобы получать самые свежие сообщения о проектировании и производстве.

Преимущества пневматических двигателей для движения

Электродвигатель может быть наиболее распространенным источником механической энергии в современных промышленных условиях, но это не делает его лучшей установкой для любого применения. Пневматические двигатели просты и не перегреваются при остановке под нагрузкой… Кроме того, их можно настроить так, чтобы они соответствовали требованиям к движению, не требуя сложных элементов управления.

Дэвид Локетт | Управляющий директор Huco Dynatork

На фоне шумихи вокруг Четвертой промышленной революции и Индустрии 4.0 легко недооценить влияние технологий, которые привели к более ранним промышленным преобразованиям. Заводы первой промышленной революции приводились в движение сначала водой, а затем паром. Затем они были вызваны Второй революцией и массовым производством, позволившим электричеству (и особенно электродвигателю) освободить инженеров-технологов от зависимости от громоздких установок с линейным валом (и их заводских потолков, полных ремней) с контролируемой механической мощностью, доставляемой куда угодно. требовалось. Ну почти везде.

Несмотря на то, что электродвигатели остаются основным двигателем в большинстве отраслей, существует множество областей применения, для которых использование электродвигателей сложно, дорого или даже опасно.

Более простой и безопасной альтернативой во многих подобных случаях является использование двигателей, работающих на сжатом воздухе. Воздух не воспламеняет горючую атмосферу и не загрязняет большинство продуктов. Он легко распространяется через недорогие трубопроводы и в большинстве производственных сред уже используется и легко доступен. Более того, пневматические двигатели часто меньше, чем сопоставимые электрические двигатели, что выгодно для компактного оборудования.

Пневматические двигатели Huco Dynatork работают бесшумно и работают со скоростью от 0 до 800 об/мин и более, развивая крутящий момент до 15 Нм без зубчатых передач. Двигатель выпускается в версиях из алюминия, нержавеющей стали и ацеталя. Пневматические двигатели поршневого типа от Huco Dynatork также в четыре раза более энергоэффективны, чем лопастные воздушные двигатели.

К типичным установкам с пневмодвигателями относятся машины, работающие во влажных или мокрых условиях, которые могут вызвать коррозию электродвигателей. Пневматические двигатели также работают в погруженном состоянии… и отлично подходят для суровых условий промывки, поскольку они могут выдерживать воду под высоким давлением и чистящие растворители. Пневматические двигатели также выдерживают установку внутри вибрирующего оборудования. Еще одно применение — во взрывоопасных средах, где искры, создаваемые двигателями (и связанными с ними распределительными устройствами), представляют неприемлемый риск воспламенения.

В этих приложениях промышленным инженерам часто приходится использовать альтернативные технологии. Например, в некоторых случаях они могут устанавливать электродвигатели на безопасном расстоянии, а затем использовать валы и компоненты механической трансмиссии для подачи энергии туда, где она необходима.

Список наиболее распространенных применений пневматических двигателей включает смесители и мешалки для краски, приводы автоматизации окрасочных цехов, приводы конвейеров, системы намотки и размотки, устройства для натяжения катушек и шлангов на нефтяных скважинах, а также приводы фильтров с обратной промывкой. Оборудование для упаковки пищевых продуктов также является распространенным применением, где компактные воздушные двигатели могут точно запускать и останавливать рулоны пластиковых пакетов с печатью, используемых для упаковки мяса, птицы и сыра. Пневматические двигатели также приводят в движение оси упаковочных машин, которые расфасовывают точно отмеренное количество соусов в пакеты.

Две технологии пневматических двигателей

Современные пневматические двигатели представляют собой одну из двух технологий. Первые — лопастные двигатели — работают как турбины с лопастными колесами, которые вращаются в потоке воздуха, создаваемом градиентом давления между входом и выходом корпуса двигателя. Большинство лопастных двигателей работают на высокой скорости и создают низкий крутящий момент, особенно при вращении медленнее, чем расчетная скорость. Это делает их наиболее распространенными в приложениях, требующих относительно узких диапазонов оборотов.

Подобно дизельному или газовому двигателю, поршневые пневматические двигатели используют возвратно-поступательные поршни для вращения центрального вала. Они создают максимальный крутящий момент при запуске, что повышает производительность приложений, требующих частых остановок и запусков, особенно под нагрузкой. Напротив, если тормоз удерживает электродвигатель переменного или постоянного тока, этот двигатель рискует быстро сгореть. При таком торможении пневматический двигатель просто останавливается, а затем снова плавно работает после отпускания тормоза.

Поршневые пневматические двигатели Huco Dynatork часто устанавливаются на линиях покраски автомобилей. Пневматические двигатели крепятся к верхней части мешалок барабана для краски, чтобы поддерживать постоянную скорость вращения лопастей мешалки. Это, в свою очередь, обеспечивает лучшее качество поверхности и снижение эксплуатационных расходов, а также более тихую работу.

Эффективность пневматических двигателей (и двух основных вариантов)

Пневматические двигатели намного менее эффективны, чем их электрические аналоги. Однако там, где пневматические двигатели незаменимы, поршневые пневматические двигатели обеспечивают более высокий КПД, чем лопастные пневматические двигатели. Это связано с тем, что они меньше пропускают воздух. В конечном итоге общий КПД двигателя зависит от бесперебойности подачи воздуха от компрессора. Поршневые двигатели могут потреблять на 80% меньше воздуха, чем лопастные двигатели с аналогичной выходной мощностью.

Почти мгновенный стоп-старт-реверс также обеспечивает очень точное управление положением вращения вала, что подходит для приложений индексации или других задач автоматизации, где требуется точность.

Рекомендации по установке пневматического двигателя

Главным требованием для правильной работы пневматического двигателя является стабильная подача сжатого воздуха. Надежный компрессор часто является оптимальным источником, но двигатели также могут работать от баллонов со сжатым воздухом. Воздух должен фильтроваться через стандартный встроенный фильтр, а давление воздуха обычно составляет от 4 до 6 бар. Тем не менее, некоторые модели могут работать при давлении до 1 бар.

Пневматические двигатели могут работать со смазкой или без нее на воздухе. Совет: Для приложений, требующих чистоты (таких как краскораспылители), всегда требуется чистый и несмазанный воздух.

Простота пневматических двигателей и их систем подачи воздуха (по сравнению с аналогами с электроприводом) упрощает установку и техническое обслуживание. Двигатели также легкие и компактные, поэтому их можно поднимать и маневрировать во время планового технического обслуживания. Подключить и отключить подачу воздуха несложно.

Обратите внимание, как пневматические двигатели некоторых производителей развивают скорость от 0 до более чем 800 об/мин и крутящий момент до 15 Нм без редуктора. Некоторые двигатели изготавливаются из алюминия, нержавеющей стали или ацеталя… последние два варианта подходят для суровых условий промывки (благодаря их высокой устойчивости к едким кислотам и хлорсодержащим дезинфицирующим средствам), а ацеталь особенно подходит для использования в производстве продуктов питания и напитков.

Huco поставляет пневматические двигатели крупному производителю автоматизированных систем окрасочных камер, используемых мировым производителем автомобилей. Двигатель работает на вертикально установленной приводной системе, где он подключен через червячный редуктор к приводу карусели, которая доставляет заполненные краской контейнеры к роботу-распылителю. Сборщик систем использует пневматические двигатели для мгновенного получения высокого крутящего момента в режиме «старт-стоп-реверс» — даже на скоростях до 800 об/мин. Здесь также подходят пневматические двигатели, поскольку искры, генерируемые электродвигателями, представляют значительный риск воспламенения во взрывоопасной среде покрасочной камеры. Фото: iStock

Поскольку воздушные двигатели напрямую не зависят от электричества, они не генерируют электромагнитные поля во время работы. Специальные двигатели, произведенные без магнитных компонентов, используются в ряде специализированных приложений, включая сканеры МРТ, научное оборудование и военные приложения, которые должны устранять электромагнитные излучения.

На самом деле, поршневые пневматические двигатели, даже являясь технологией, проверенной десятилетиями, удовлетворяют потребности автоматизации Индустрии 4.