Пневмодвигатель кпд: А знаете ли вы, что… |

Содержание

Коэффициент полезного действия (КПД) насосов

КПД насосов позволяет повысить энергоэффективность производства и сэкономить деньги. В статье рассмотрено из чего складывается КПД насосов, что на него влияет и как его посчитать. Приводится информация по центробежным (в т.ч. с магнитной муфтой), винтовым, импеллерным и мембранным пневматическим насосам.

Коэффициент полезного действия это характеристика эффективности системы (устройства или машины) в отношении преобразования или передачи энергии, которая показывает совершенство его конструкции и экономичность эксплуатации. Так как насосы перекачивают жидкость посредством преобразования одного вида энергии в другой вид энергии, то они идеально подходят под данное правило, а значит, обладают собственным коэффициентом полезного действия.

Формула

Коэффициент полезного действия не имеет системы измерений и обозначается обычно в процентах. Общий КПД жидкостного насоса определяется произведением КПД его привода (электродвигатель, пневмодвигатель, гидродвигатель) и КПД насосной части. Ƞ = ƞ_пр * ƞ_нч

КПД привода насоса это не что иное, как отношение мощности, которую мы получаем на выходном валу двигателя к потребляемой двигателем мощности. Нужно сразу уточнить, что данное отношение не может быть больше единицы, так как потребляемая двигателем мощность всегда больше мощности на выходе. Это обуславливается тем, что в процессе преобразования энергии всегда присутствуют тепловые и механические потери. Ƞ_пр = P₂ / P₁

Расчет КПД

Потребляемая мощность зависит от вида и характеристик собственного источника. Если насос имеет электрический привод – электродвигатель, то потребляемая мощность электрическая, если пневмодвигатель, значит потребляемая мощность это мощность нагнетаемого воздуха. Электрическая потребляемая мощность это произведение напряжения на силу тока.

Мощность на выходном валу двигателя, это мощность механическая, полученная вследствие преобразования подведенного электрического или пневматического вида энергии. Данную мощность нужно рассматривать как отношение работы к единице времени.

Так как насосная часть состоит из деталей, узлов и механизмов, а во время её работы происходят различные процессы и присутствуют разные физические явления, то её коэффициент полезного действия необходимо рассматривать как произведение трёх составляющих: механический КПД, гидравлический КПД и объёмный КПД. Ƞ_нч = ƞ_м * ƞ_г * ƞ_о

Механический КПД

Механический КПД во многом зависит от качества изготовления насоса, от его конструктивных особенностей. Механические потери связанные с работой трущихся частей (в подшипниках, в механическом торцевом уплотнении, в сальниковом уплотнении, в проточной части) снижают данный КПД.

Гидравлический КПД

Гидравлический КПД определяется течением жидкости внутри проточной части насоса, а если точнее гидравлическими потерями, которые возникают во время работы насоса. Например, если шероховатость поверхности стенок насоса увеличена, то жидкости станет сложнее преодолеть сопротивление трения, а значит, скорость течения жидкости будет ниже. Многое зависит и от вида течения жидкости. Возникающий в проточной части насоса турбулентный (вихревой) поток жидкости увеличивает гидравлические потери.

Отношение количества жидкости поступившей в насос через всасывающий патрубок, к количеству жидкости вышедшей из него через напорный патрубок является объёмным КПД насосной части. Объёмный КПД ещё называют КПД подачи, так как его можно рассмотреть как отношение производительностей, действительной к теоретической.

Чтобы потребитель имел возможность определить КПД насоса в конкретной рабочей точке, многие производители насосного оборудования прилагают к диаграммам рабочих характеристик насоса диаграммы с графиками характеристик КПД.

График эффективности насоса на примере Argal TMR 10.15

КПД промышленных насосов

В данной статье косвенно рассмотрим коэффициент полезного действия насосов различных видов: центробежных, винтовых, импеллерных, мембаранно-пневматических.

Центробежный насос

КПД самых распространенных центробежных насосов во многом зависит от режима их работы и конструктивных особенностей. Максимальным КПД обладают центробежные насосы с приводом большой мощности и высокими рабочими характеристиками. Их эффективность может достигать 92-95 %. Значение мощности двигателя таких центробежных насосов обычно начинается от 10кВт, а насосная часть имеет высокое качество изготовления.

Насос с магнитной муфтой

Насосы с магнитной муфтой имеют схожий КПД. Для данного типа насоса очень важно, чтобы герметичная задняя крышка насоса, располагающаяся между ведущим и ведомым магнитом, была изготовлено из токонепроводящих материалов. Иначе, будут возникать вихревые токи, которые вызывают потерю мощности и снижают общий КПД насоса.

Винтовой насос

Винтовые насосы имеют высокие механические потери. Они в первую очереди связаны с трениями, которые возникают в подшипниковом узле, а также между ротором и статором, но благодаря высоким рабочим характеристикам (расход, напор) данный тип насосов может иметь КПД колеблющийся от 40 до 80 %.

Импеллерный насос

Импеллерные насосы бережно перекачивают жидкость, создавая равномерный ламинарный поток и высокое давление на выходе, но высокие механические потери обусловленные трением гибких лопастей импеллера о внутреннюю поверхность корпуса не позволяет данному типу насосов быть лидером по эффективности.

Мембранно-пневматический насос

Мембранно-пневматические насосы не имеют двигателя и работают от поданного на него сжатого воздуха. Так как требуется дополнительное превращение электрической энергии в энергию сжатого воздуха, то КПД мембранно-пневматического насоса во многом зависит от КПД воздушного компрессора. Обычно КПД поршневых компрессоров составляет 80-92%, лопастных 90-96%. Кроме этого, в самом насосе, в той или иной мере, присутствуют все виды потерь. Гидравлические потери возникают, когда жидкость через небольшое всасывающее отверстие поступает в рабочую камеру насоса и выходит через отверстие подачи под определенным углом. Здесь поток жидкости сталкивается с внезапным расширением сечения при последующем резком повороте. Механические потери связаны с тем, что основная втулка насоса является парой трения скольжения. Кроме этого имеет место трение жидкости с деталями насоса: клапана, коллектора, мембрана, стенки боковой крышки. Объемные потери определяются отношением количества жидкости поступившего в насос и количеством жидкости вышедшего из него за два такта (всасывание – нагнетание).

Вывод

Подводя итог данной статьи можно сказать, что эффективность перекачивающих насосов во многом зависит от мощности двигателя насоса, а также от качества изготовления деталей и узлов самого насоса. Среди рассмотренных типов насосов наибольшим КПД обладают высокопроизводительные и высоконапорные центробежные насосы. Наименьшая эффективность у мембранно-пневматических насосов.

Реверсивный пневматический двигатель

Авторы патента:

Найман Вениамин Семенович (RU)

Макуев Валентин Анатольевич (RU)

Васильева Карина Вениаминовна (RU)

Овсянникова Таисия Владимировна (RU)

F01D1/30 — Машины и двигатели необъемного вытеснения, например паровые турбины (гидравлические машины и двигатели F03; насосы и компрессоры необъемного вытеснения F04D)

Использование: полезная модель относится к пневматическим двигателям, предназначенным в качестве привода в машинах и механизмах в различных отраслях промышленности, в частности, приводом движителя транспортного средства. Сущность полезной модели: ведущее звено 1 выполнено в виде двух веерных пневматических двигателя левого и правого вращения, соединенных между собой звеном, передающим вращательный момент; полая ось снабжена перегородкой. 1 п. ф-лы, 3 ил.

Реверсивный пневматический двигатель

Полезная модель относится к пневматическим двигателям и может быть использована в качестве привода в машинах и механизмах в различных отраслях промышленности, в частности, привода движителя транспортного средства.

Известны пневматические двигатели с использованием потенциальной энергии воздуха с вращательным движением ведущего звена ротационного типа (см. Зеленецкий С.Б., Рябков Е.Д., Микеров А.Г. «Ротационные пневматические двигатели», Ленинград, Машиностроение, 1976, с.9, рис.5.].

Однако такие пневматические двигатели имеют низкий КПД (20%-30%), а при эксплуатации КПД может снижаться даже до 5-15%, они также имеют низкий вращательный момент.

Известны также пневматические двигатели с использованием кинетической энергии сжатого воздуха с вращательным движением ведущего звена веерного типа, содержащие ведущее звено (крыльчатку), ось и сопла. Эти двигатели непосредственно преобразуют энергию струи сжатого воздуха в механическую работу (см. RU 106688 U1, 20.07. 2011).

Веерные пневматические двигатели имеют постоянную нагрузку, большую частоту вращения, но вращательные моменты действуют только в одном направлении.

Задачей полезной модели является расширение области использования пневматических двигателей.

Задача достигается тем, что в реверсивном пневматическом двигателе, содержащем ведущее звено, ось и сопла, согласно полезной модели, ведущее звено выполнено в виде двух веерных пневматических двигателя левого и правого вращения, соединенных вместе звеном, передающим вращательный момент, причем полая ось снабжена перегородкой, а также сопла расположены внутри полостей левого и правого вращения пневмодвигателей.

Полезная модель поясняется чертежами: фиг.1 — общий вид 4-х лопастного веерного пневмодвигателя левого вращения; фиг.2 — общий вид 4-х лопастного веерного пневмодвигателя правого вращения; фиг. 3 — сечение по продольной осевой линии реверсивного веерного пневмодвигателя.

Реверсивный веерный пневматический двигатель содержит два веерных пневматических двигателя левого 1 (фиг.1) и правого 2 (фиг.2) вращения, объединенных для работы в один реверсивный двигатель. Изогнутые лопасти 1 (фиг.1) левого пневмодвигателя собраны на ступице 2, причем их количество может варьироваться от 4 до 8. Такую же конструкцию имеет пневмодвигатель правого вращения (фиг.2).Ступица 2 посажена на ось 3 при помощи подшипников 4 (фиг.3). Полая ось 3 снабжена перегородкой 5; на оси 3 смонтировано на подшипниках сдвоенное веерное колесо, состоящее из двух, соединенных жестко пневматических двигателей 6 и 7 (фиг.3), создающих вращательный момент в прямом (вращение по солнцу) и обратном (вращение против солнца) направлениях. Это достигается за счет подачи давления воздуха Р_н1 и Р_н2 с различных сторон полой оси 3. Сопла 8 на оси 3 расположены в два ряда и изогнуты под углом, близким 90° к рабочей поверхности лопастей 1 и 2, образующих большие площади для воздействия давления воздуха. Между лопастями имеются зазоры 9 для выхода воздуха в атмосферу под остаточным давлением Рв. Для передачи вращательного момента от пневмодвигателя на исполнительный механизм смонтирована, например, шестерня 10.

Полезная модель работает следующим образом: сжатый воздух под большим давлением поступает от источника (например, компрессора или ресивера) в полую ось 3, например, слева. Тогда веерный пневматический двигатель 6 получает вращение в направлении «по солнцу» под воздействием сжатого воздуха Р_в1, проходящего через сопла 8. При смене направления подачи воздуха, теперь справа, сжатый воздух Р_в2 воздействует на лопасти 7, проходя через сопла 8, тогда вращение создается в обратном направлении (против солнца). Вращательный момент передается шестерней 10 на исполнительный механизм, например, межколесный дифференциал транспортного средства.

Для достижения максимального давления воздуха на лопасти сопла изогнуты на 90 град к рабочей поверхности лопастей, так как вращательный момент зависит от направления действия струи сжатого воздуха относительно криволинейной поверхности лопастей.

Положительный эффект реверсивного пневматического двигателя достигается за счет получения вращательного момента в прямом и обратном направлении, тогда транспортное средство может перемещаться вперед и назад, тем самым расширяется область использования веерных пневматических двигателей.

Реверсивный пневматический двигатель, содержащий ведущее звено, ось и сопла, отличающийся тем, что ведущее звено выполнено в виде двух веерных пневматических двигателей левого и правого вращения, соединенных вместе звеном, передающим вращательный момент, причем полая ось снабжена перегородкой, а также сопла расположены внутри полостей левого и правого вращения пневмодвигателей.

Похожие патенты:

Роторно-лопастной компрессор // 56501

Турбокомпрессорная установка для сжатия воздуха и подачи его в технологический процесс производства азотной кислоты // 83101

Двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия // 81999

Двигатель внутреннего сгорания поршневой четырехтактный // 49911

Турбинный двигатель внутреннего сгорания // 52930

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям силовых установок, включающим, турбинные двигатели внутреннего сгорания

Механизм блокировки межколесного дифференциала траспортного средства // 69460

Диск рабочего колеса дисковой турбины трения // 132838

Диск колеса относится к турбомашинам, в частности к турбинам, использующим трение рабочего тела, а именно к конструкции диска рабочего колеса дисковой турбины трения. Технической задачей, для решения которой предлагается диск колеса, является обеспечение высокого к.п.д. дисковой турбины трения при различных режимах работы за счет оптимизации проточной части рабочего колеса, обеспечиваемой предлагаемой конструкцией диска рабочего колеса.

Пневматический лифт с позиционированием кабины // 122648

Реверсивно-рулевое устройство водометного движителя // 64591

Пневмо двигатели в СЛА, возможность применения | Страница 2

Степаныч

Старейший участник

2 Дек 2012

люкс, кпд двигателя хорошо если процентов 30, умножаем на кпд компрессора, учитываем потери энергии на нагревание сжимаемого воздуха, умножаем на кпд двигателя пневмомобиля и учитываем потери возникаюшие из за охлаждения воздуха в двигателе пневмомобиля при его расширении

одна беда там мощность в 2,2квт указана, чего двигатель с такой мощностью подымет интересно, а если мощность пневмодвигателя будет 20 квт то соответственно для зарядки балона со сжатым воздухом на 1 час полета компрессору придется трудится ну не менее 15 часов

на досуге вспомните физику за среднюю школу, для передвижения какого либо транспортного средства нужна энергия, вот и сравните сколько энергии заключено в 1 литре бензина и какое давление нужно создать в 1 литре объема чтобы энергия сжатого воздуха составляла хотя бы 30 процентов (учет кпд двс) от энергии 1 литра бензина

Двигатель -двигателю рознь. .. Как-то решил погонять винт к двигателю бензопилы «Урал» на пневмошлифмашинке ,так зараза уташил стенд со шлангом….А, на бензопиле еле «дул» Так и здесь на мотоцикле чудо двигатель стоит да и только…

Степаныч, а при чем тут двигатель, не слышали в природе существует такой закон сохранения энергии, так что двигатель ну не может выдать на валу больше чем в него ввели, вот определитесь сколько нужно энергии для перемещения тела на рассстояние от точки а до точки б , учитывая сопротивление качению, сопротивление воздуха, потери на трение в самом транспортном средстве и посмотрите какой объем воздуха требуется и при каком давлении чтобы энергии там запаслось не меньше чем требуется

кпд двигателя хорошо если процентов 30, умножаем на кпд компрессора, учитываем потери энергии на нагревание сжимаемого воздуха, умножаем на кпд двигателя пневмомобиля и учитываем потери возникаюшие из за охлаждения воздуха в двигателе пневмомобиля при его расширении

Тут вы абсолютно правы, «итоговый» КПД получится действительно низкий и вся затея будет иметь смысл при наличии какого-нибудь недорогого источника энергии, реальнее всего ветрогенератора или гидро, дальше преобразовать её в сжатый воздух уже не проблема. Потери безусловно будут немалые, но ведь и энергия будет пусть и не бесплатная, но недорогая. А просто добывать сжатый воздух традиционным способом с приводом компрессора от существующей электросети чтобы полетать, в конечном итоге будет равносильно, что топить печку ассигнациями, на бензине дешевле будет — законы физики будут работать ещё долго и вряд ли поменяются. Подкупает сама идея летать на сжатом воздухе, да и технически она даже на сегодня вполне осуществима.

Теоретики, все вы знаете, а MDI и другие работающие над темои и вкладывающие реальные деньги значит лохи, и когда делают замеры то думаете стоимость энергии для работы компрессора не учитывается? И в Женеву на car-show просто так приехали? Ну-ну. ..

Юрий К, вообще то ветроэнергия совсем не дармовая, ветряк штука весьма дорогая и громоздкая, опять же землю занимет и людей поблизости быть не должно потому как инфрашумы возникают при работе, так что хорошо там где нас нет

а при чем тут двигатель, дело то ведь не в двигателе а в баллоне, на любом крупном промышленном предприятии есть компрессорный цех и куча пневмоинструмента- и вертят и крутят и забивают сжатым воздухом, ничего особо нового в пневмодвигателе нет, разве что система рекуперации да и та результат не прорывных решений а рутинного качественного инженерного труда

Юрий К, вообще то ветроэнергия совсем не дармовая, ветряк штука весьма дорогая и громоздкая, опять же землю занимет и людей поблизости быть не должно потому как инфрашумы возникают при работе, так что хорошо там где нас нет

Я и не говорил, что она совсем дармовая, на начальном этапе может даже дороже традиционной обойтись, считать нужно совокупные затраты. Но впоследствии через какое-то время ветряк всё же должен окупиться и энергия тоже подешевеет, конечно не до нуля, поскольку эксплуатационные расходы всё равно будут.

а что это за кпд- не задумывались- скорее всего это его механический кпд, отражающий потери на трение в механизме
только и всего, но ничего не говорящий о процессе расширения воздуха, про потери на сжатие тут вообще как бы не упоминают

Чтобы увеличить дальность пробега пневмомобиля, нужно увеличить объем воздушных баллонов и повысить давление воздуха в баллонах. И то, и другое имеет жесткие ограничения по габаритам, по весу и по прочности баллонов. М

Несколько лет назад мир облетела новость о том, что индийская компания Tata собирается запустить в серию автомобиль, работающий на сжатом воздухе. Планы так и остались планами, но пневматические автомобили явно стали трендом: каждый год появляется несколько вполне жизнеспособных проектов, а компания Peugeot в 2016 году собирается поставить на конвейер воздушный гибрид. Почему же пневмокары внезапно вошли в моду?

Все новое — это хорошо забытое старое. Так, электромобили в конце XIX века были популярнее бензиновых собратьев, затем они пережили столетнее забвение, а потом снова «восстали из пепла». То же касается и пневмотехники. Еще в 1879 году французский пионер авиации Виктор Татен спроектировал самолет A? roplane, который должен был подниматься в воздух благодаря двигателю на сжатом воздухе. Модель этой машины успешно летала, хотя в полном размере самолет построен не был.
Родоначальником пневмодвигателей на наземном транспорте стал другой француз, Луи Мекарски, разработавший подобный силовой агрегат для парижских и нантских трамваев. В Нанте машины испытали в конце 1870-х, а к 1900 году Мекарски владел парком из 96 трамваев, что доказывало эффективность системы. Впоследствии пневматический «флот» был заменен электрическим, но начало было положено. Позднее пневмолокомотивы нашли себе узкую сферу повсеместного применения — шахтное дело. В то же время начались и попытки поставить воздушный двигатель на автомобиль. Но до начала XXI века эти попытки оставались единичными и не стоящими внимания.
Преимущества воздуха

Пневматический двигатель (или, как говорят, пневмоцилиндр) преобразует энергию расширяющегося воздуха в механическую работу. По принципу действия он аналогичен гидравлическому. «Сердце» пневмодвигателя — поршень, к которому прикреплен шток; вокруг штока навита пружина. Воздух, поступающий в камеру, с увеличением давления преодолевает сопротивление пружины и перемещает поршень. На фазе выпуска, когда давление воздуха падает, пружина возвращает поршень в исходное положение — и цикл повторяется. Пневмоцилиндр вполне можно назвать «двигателем внутреннего несгорания».
Более распространена мембранная схема, где роль цилиндра выполняет гибкая мембрана, к которой точно так же прикреплен шток с пружиной. Ее преимущество заключается в том, что не нужна столь высокая точность посадки подвижных элементов, не требуются смазочные материалы, а герметичность рабочей камеры повышается. Существуют также роторные (пластинчатые) пневмодвигатели — аналоги ДВС Ванкеля.
Основные плюсы пневмодвигателя — это его экологичность и низкая стоимость «топлива». Собственно, из-за безотходности пневмолокомотивы и получили распространение в шахтном деле — при использовании ДВС в замкнутом пространстве воздух быстро загрязняется, резко ухудшая условия работы. Отработанные же газы пневмодвигателя — это обычный воздух.
Один из недостатков пневмоцилиндра — относительно низкая плотность энергии, то есть количество вырабатываемой энергии на единицу объема рабочего тела. Сравните: воздух (при давлении 30 МПа) имеет плотность энергии порядка 50 кВт ч на литр, а обычный бензин — 9411 кВт ч на литр! То есть бензин как топливо эффективнее почти в 200 раз. Даже с учетом не очень высокого КПД бензинового двигателя он «выдает» в итоге около 1600 кВт ч на литр, что значительно выше, чем показатели пневмоцилиндра. Это ограничивает все эксплуатационные показатели пневмодвигателей и движимых ими машин (запас хода, скорость, мощность и т.?д.). Помимо того, пневмодвигатель имеет относительно небольшой КПД — порядка 5-7% (против 18-20% у ДВС).
Плюсы

+ Отсутствие вредных выбросов
+ Возможность заправки автомобиля в домашних условиях
+ Невысокая стоимость ввиду простоты конструкции двигателя
+ Возможность применения рекуператора энергии (например, сжатия и накопления дополнительного воздуха за счет торможения автомобиля)
Минусы

— Низкие КПД (5-7%) и плотность энергии
— Необходимость во внешнем теплообменнике, поскольку при уменьшении давления воздуха двигатель сильно переохлаждается
— Низкие эксплуатационные показатели пневмоавтомобилей.
Пневматика XXI века

Актуальность экологических проблем XXI века заставила инженеров вернуться к давно забытой идее использования пневмоцилиндра в качестве двигателя для дорожного транспортного средства. По сути, пневмоавтомобиль экологичнее даже электромобиля, элементы конструкции которого содержат вредные для окружающей среды вещества. В пневмоцилиндре же — воздух и ничего кроме воздуха.
Поэтому основной инженерной задачей было приведение пневмокара к виду, в котором он мог бы конкурировать с электромобилями по эксплуатационным характеристикам и стоимости. Подводных камней в этом деле множество. Например, проблема дегидратации воздуха. Если в сжатом воздухе будет хотя бы капля жидкости, то из-за сильного охлаждения при расширении рабочего тела она превратится в лед, и двигатель просто заглохнет (или даже потребует ремонта). Обычный летний воздух содержит примерно 10 г жидкости на 1 м3, и при наполнении одного баллона нужно затратить дополнительную энергию (около 0,6 кВт ч) на дегидратацию — причем эта энергия невосполнима. Данный фактор сводит на нет возможность качественной домашней заправки — оборудование для дегидратации невозможно установить и эксплуатировать в домашних условиях. И это лишь одна из проблем.
Тем не менее тема пневмоавтомобиля оказалась слишком привлекательной, чтобы о ней забыть.
Сразу в серию?

Одно из решений, позволяющих минимизировать недостатки пневмодвигателя, — облегчение автомобиля. Действительно, городской микролитражке не нужен большой запас хода и скорость, а вот экологические показатели в мегаполисе играют значительную роль. Именно на это рассчитывают инженеры франко-итальянской компании Motor Development International, которые на Женевском автосалоне 2009 года представили миру пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. MDI начали «сражаться» за пневмокар еще в 2003-м, показав концепт Eolo Car, но лишь спустя десять лет, набив множество шишек, французы пришли к приемлемому для конвейера решению.

Крошечный трехместный пневмоавтомобиль французской MDI был представлен широкой публике на Женевском автосалоне 2009 года. Он имеет право передвигаться по выделенным велодорожкам и не требует наличия водительских прав. Пожалуй, самый перспективный пневмокар.

MDI AIRpod — это нечто среднее между автомобилем и мотоциклом, прямой аналог мотоколяски-«инвалидки», как ее частенько называли в СССР. Благодаря 5,45-сильному воздушному двигателю трехколесная малолитражка массой всего 220 кг может разогнаться до 75 км/ч, а запас ее хода составляет 100 км в базовом варианте или 250 км в более серьезной конфигурации. Интересно, что у AIRpod вообще нет руля — машина управляется джойстиком. В теории она может передвигаться как по дорогам общего пользования, так и по велодорожкам.
У AIRpod есть все шансы на серийное производство, поскольку в городах с развитой велоструктурой, например в Амстердаме, такие машинки могут быть востребованы. Одна заправка воздухом на специально оборудованной станции занимает около полутора минут, а стоимость передвижения составляет в итоге порядка?0,5 на 100 км — дешевле просто некуда. Тем не менее заявленный срок серийного производства (весна 2014 года) уже прошел, а воз и ныне там. Возможно, MDI AIRpod появится на улицах европейских городов в 2015-м.
Второй предсерийный концепт — это известный проект индийского гиганта Tata, автомобиль MiniCAT. Проект был запущен одновременно с AIRpod, но, в отличие от европейцев, индусы заложили в программу нормальный, полноценный микроавтомобиль с четырьмя колесами, багажником и традиционной компоновкой (в AIRpod, заметим, пассажиры и водитель сидят спинами друг к другу). Масса Tata чуть побольше, 350 кг, максимальная скорость — 100 км/ч, запас хода — 120 км, то есть MiniCAT в целом похож на машину, а не на игрушку. Интересно, что в компании Tata не мучились с разработкой воздушного двигателя «с нуля», а за $28 млн приобрели права на использование разработок MDI (что позволило последней удержаться на плаву) и усовершенствовали двигатель для приведения в движение более крупного транспортного средства. Одна из фишек этой технологии — использование тепла, выделяющегося при охлаждении расширяющегося воздуха, для нагрева воздуха при заправке баллонов.

Изначально Tata собиралась поставить MiniCAT на конвейер в середине 2012 года и производить порядка 6000 единиц в год. Но обкатка продолжается, а серийное производство отложено до лучших времен. За время разработки концепт успел сменить имя (ранее он назывался OneCAT) и дизайн, так что какая его версия поступит в итоге в продажу, не знает никто. Кажется, даже представители Tata.
На двух колесах.

Чем легче автомобиль на сжатом воздухе, тем он более эффективен в плане эксплуатационных и экономических показателей. Логичный вывод из этого утверждения — почему бы не сделать скутер или мотоцикл?

Кроссовый мотоцикл, построенный австралийцем Дином Бенстедом на шасси Yamaha, способен разгоняться до 140 км/ч и безостановочно ехать в течение трех часов на скорости 60 км/ч. Воздушный двигатель системы Анжело ди Пьетро весит всего лишь 10 кг.

Этим озаботился австралиец Дин Бенстед, который в 2011 году продемонстрировал миру кроссовый мотоцикл O2 Pursuit с силовым агрегатом, разработанным фирмой Engineair. Последняя специализируется на уже упомянутых роторных воздушных двигателях разработки Анжело ди Пьетро. По сути, это классической компоновки «ванкели» без сгорания — ротор приводится в движение подачей воздуха в камеры. Бенстед пошел при разработке от обратного. Сперва он заказал Engineair двигатель, а потом построил вокруг него мотоцикл, использовав раму и часть элементов от серийной Yamaha WR250R. Машина получилась на удивление энергоэффективной: на одной заправке она проходит 100 км и в теории развивает максимальную скорость 140 км/ч. Эти показатели, к слову, превышают аналогичные у многих электрических мотоциклов. Бенстед остроумно сыграл на форме баллона, вписав его в раму, — это позволило сэкономить место; двигатель в два раза компактнее своего бензинового собрата, а свободное место позволяет установить второй баллон, увеличив пробег мотоцикла в два раза.
Но, к сожалению, O2 Pursuit остался лишь одноразовой игрушкой, хотя и был номинирован на престижную изобретательскую премию, учрежденную Джеймсом Дайсоном. Спустя два года идею Бенстеда подхватил другой австралиец, Дарби Бичено, который предложил создать по схожей схеме не мотоцикл, а сугубо городское транспортное средство, скутер. Его EcoMoto 2013 должен быть сделан из металла и бамбука (никакого пластика), но дальше рендеров и чертежей дело пока что не продвинулось.
Помимо Бенстеда и Бичено, схожую машину в 2010 году построил Эвин И Ян (его проект назывался Green Speed Air Motorcycle). Все три конструктора, к слову, были студентами Королевского технологического института Мельбурна, и потому их проекты схожи, используют один и тот же двигатель и… не имеют шанса на серию, оставаясь исследовательскими работами.
Корпорации на старте.

Вышесказанное подтверждает, что у воздушных автомобилей будущее есть, но, скорее всего, не в «чистом виде». Все-таки они имеют свои ограничения. Тот же MDI AIRpod провалил абсолютно все краш-тесты, поскольку его сверхлегкая конструкция не позволяла должным образом защищать водителя и пассажиров.
А вот использовать пневмотехнологии в качестве дополнительного источника энергии в гибридном автомобиле вполне реально. В связи с этим компания Peugeot объявила о том, что с 2016 года часть кроссоверов Peugeot 2008 будет выпускаться в гибридном варианте, одним из элементов которого будет установка Hybrid Air. Эта система разработана в сотрудничестве с Bosch; суть ее в том, что энергия ДВС будет запасаться не в форме электроэнергии (как в обычных гибридах), а в баллонах со сжатым воздухом.

Peugeot 2008 Hybrid Air сможет двигаться, используя энергию ДВС, воздушного силового агрегата или их комбинации. Система будет сама распознавать, какой из источников энергоэффективнее в той или иной ситуации. В городском цикле, в частности, 80% времени будет использоваться энергия сжатого воздуха — он приводит в движение гидронасос, который вращает вал при отключенном ДВС. Суммарная экономия топлива при такой схеме составит до 35%. При работе на чистом воздухе максимальная скорость автомобиля ограничивается 70 км/ч.
Концепт Peugeot выглядит абсолютно жизнеспособным. С учетом экологических преимуществ подобные гибриды вполне смогут потеснить электрические в течение ближайших пяти-десяти лет. И мир станет немножечко чище. Или не станет.
Соревнование на скорость.

В 2011 году спортивный автомобиль Toyota Ku: Rin установил мировой рекорд скорости для транспортных средств, приводимых в движение энергией сжатого воздуха. Обычно пневмоавтомобили не разгоняются более чем до 100-110 км/ч, концепт же Toyota показал официальный результат 129,2 км/ч. Ввиду «заточенности» на скорость, Ku: Rin на одной зарядке мог проехать всего 3,2 км, но больше трехколесному одноместному болиду и не требовалось. Рекорд установлен. Интересно, что до того рекорд составлял всего лишь 75,2 км/ч и был установлен в Бонневилле болидом Silver Rod конструкции американца Дерека Маклиша летом 2010 года.

То, что пневмомобили смогут стать полноценной заменой бензиновому и дизельному транспорту, пока вызывает сомнения. Однако у двигателей, работающих на сжатом воздухе есть свой безусловный потенциал.
В традиционном понимании пневмодвигатель — это машина, с помощью которой энергия сжатого воздуха превращается в механическую работу. Прежде всего, это основа для некоторых строительных инструментов, но пневматический привод широко применяется и в автомобилестроении. В основном в качестве привода тормозной системыгрузовых машин. Но идея о том, что двигатель на сжатом воздухе способен в одиночку передвигать автомобиль, волнует умы конструкторов уже давно.

Впервые в роли двигателя пневматический привод выступил еще в конце 19-го века. Тогда во французском городе Нант на линию общественного транспорта был выпущен трамвай, который приводился в движение энергией сжатого под высоким давлением воздуха. Первый экспериментальный легковой «воздушный» автомобиль был представлен в Лос-Анджелесе в 1932 году. К этой разработке быстро охладели, поскольку об экологии тогда мало кто задумывался, тем более что пневмодвигатели с бензиновыми моторами тогда конкурировать не могли. Прямо скажем, не могут и сейчас…
В конце семидесятых годов двадцатого столетия австралийский изобретатель Анджело Ди Пьетро создал принципиальной новый пневматический двигатель для автомобиля. Здесь нет цилиндров и поршней. Вместо этого в корпусе вращается кольцо, которое внутри опирается на специальные ролики, закрепленные на валу. За распределение воздуха по камерам, образованным лепестками, отвечает специальная система. Таким образом, изменяя свой объем, камеры вращают ротор, который в свою очередь предает усиление на колеса.

Двигатель Анджело Ди Пьетро имеет ряд преимуществ. Он легок и прост в конструкции: компактные пневмомоторы можно установить непосредственно на колеса. Кроме того, благодаря его способности выдавать свой максимальный крутящий момент на самых низких оборотах, отпадает необходимость в коробке передач.

В конце восьмидесятых главный конструктор Заволжского моторного завода Н. Пустынский разработал свой пневматический двигатель для автомобиля. Главное отличие этого мотора от похожих разработок заключалось в том, что Пустынский создал пневмодвигатель из обычного ДВС с сохранением 95% его деталей.
Общий принцип был сохранен. Сжатый под давлением 300 бар воздух подается в рабочую камеру, где расширяясь, толкает поршень и выходит наружу. Однако у автомобилестроителей двигатель на сжатом топливе по ряду причин большого интереса не вызвал, и сенсации не случилось. Но пневматическая установка применение все же нашла. На некоторых промышленных предприятиях электрокары были заменены дешевыми и практичными пневмокарами, оснащенные двигателями Пустынского.

До 1991 года инженер-испытатель Гай Негре был одним из ведущих конструкторов двигателей в Формуле-1. Каким образом идея о двигателе на сжатом воздухе заинтересовала этого человека? Возможно пригодился опыт в авиации, где большинство механизмов работают по принципу «обратный компрессор», а может будучи конструктором «Королевской гонки» и наблюдая за работой воздушной турбины, раскручивающей двигатель болида, он понял, какая большая энергия может храниться в баллонах со сжатым воздухом.
Чтобы превратить пусковой режим пневматического привода в рабочий, было потрачено более 10 лет. Основанная с группой единомышленников компания стала называться Motor Development Internation. Ее первоначальный проект не был пневмомобилем в полном смысле этого слова. Первый двигатель Гая Негре мог работать не только на сжатом воздухе, но также на природном газе, бензине и дизеле. В моторе MDI процессы сжатия, воспламенения горючей смеси, а также сам рабочий ход проходят в двух цилиндрах разного объема, соединяющихся меж собой сферической камерой.

Испытывали силовую установку на хетчбэке Citroen AX. На низких скоростях (до 60 км/ч), когда потребляемая мощность не превышала 7 кВт, автомобиль мог передвигаться только на энергии сжатого воздуха, но при скорости выше указанной отметки силовая установка автоматически переходила на бензин. В этом случае мощность двигателя вырастала до 70 лошадиных сил. Расход жидкого топлива в шоссейных условиях составил всего 3 литра на 100 км — результат, которому позавидует любой гибридный автомобиль.
Однако команда MDI не стала останавливаться на достигнутом результате, продолжив работу над усовершенствованием двигателя на сжатом воздухе, а именно над созданием полноценного пневмомобиля, без подпитки газового или жидкого топлива. Первым стал прототип Taxi Zero Pollution. Этот автомобиль «почему-то» не вызвал интерес у развитых стран, в то время сильно зависящих от нефтяной промышленности. Зато Мексика заинтересовалась этой разработкой, и в 1997 году заключила договор о постепенной замене таксопарка Мехико (одного из самых загрязненных мегаполисов мира) на «воздушный» транспорт.
Следующим проектом стал тот самый Airpod с полукруглым стеклопластиковым кузовом и 80-килограммовыми баллонами со сжатым воздухом, полный запас которых хватал на 150-200 километров пути. Однако полноценным серийным пневмомобилем стал проект OneCat — более современная интерпретация мексиканского такси Zero Pollution. В легких и безопасных карбоновых баллонах под давлением в 300 бар может храниться до 300 литров сжатого воздуха.

Принцип работы двигателя MDI следующий: в малый цилиндр засасывается воздух, где он сжимается поршнем под давлением 18-20 бар и разогревается; подогретый воздух идет в сферическую камеру, где смешивается с холодным воздухом из баллонов, который мгновенно расширяясь и нагреваясь, увеличивает давление на поршень большого цилиндра, передающего усилие на коленвал.

Скептики считают пневмомашины неэффективным транспортным средством. В сравнение с традиционными автомобилями, это действительно так. Но перспектива у двигателей на сжатом воздухе все-таки есть. Во-первых, они могут успешно применяться в качестве движущей силы для муниципального и промышленного транспорта. Кроме того, пневмодвигатели могут выступать в роли помощника в гибридных системах. Так вышеописанные разработки дали толчок появлению нового типа транспортного средства — PHEV (pneumatic-hybrid electric vehicle), в котором пневматический привод сочетается с современным электродвигателем.
Сегодня MDI возвращается к началу своих разработок, когда использовался универсальный двигатель, способный работать не только на воздухе, но также на жидком и газообразном топливе. Французы оснастили похожей установкой рабочий прототип CityCat — автомобиль на сжатом воздухе, который стал ближе всех к массовому производству.

Родоначальником пневмодвигателей на наземном транспорте стал другой француз, Луи Мекарски, разработавший подобный силовой агрегат для парижских и нантских трамваев. В Нанте машины испытали в конце 1870-х, а к 1900 году Мекарски владел парком из 96 трамваев, что доказывало эффективность системы. Впоследствии пневматический «флот» был заменен электрическим, но начало было положено. Позднее пневмолокомотивы нашли себе узкую сферу повсеместного применения — шахтное дело. В то же время начались и попытки поставить воздушный двигатель на автомобиль. Но до начала XXI века эти попытки оставались единичными и не стоящими внимания.

Плюсы: отсутствие вредных выбросов, возможность заправки автомобиля в домашних условиях, невысокая стоимость ввиду простоты конструкции двигателя, возможность применения рекуператора энергии (например, сжатия и накопления дополнительного воздуха за счет торможения автомобиля). Минусы: низкие КПД (5−7%) и плотность энергии; необходимость во внешнем теплообменнике, поскольку при уменьшении давления воздуха двигатель сильно переохлаждается; низкие эксплуатационные показатели пневмоавтомобилей.

Пневматический двигатель (или, как говорят, пневмоцилиндр) преобразует энергию расширяющегося воздуха в механическую работу. По принципу действия он аналогичен гидравлическому. «Сердце» пневмодвигателя — поршень, к которому прикреплен шток; вокруг штока навита пружина. Воздух, поступающий в камеру, с увеличением давления преодолевает сопротивление пружины и перемещает поршень. На фазе выпуска, когда давление воздуха падает, пружина возвращает поршень в исходное положение — и цикл повторяется. Пневмоцилиндр вполне можно назвать «двигателем внутреннего несгорания».

Более распространена мембранная схема, где роль цилиндра выполняет гибкая мембрана, к которой точно так же прикреплен шток с пружиной. Ее преимущество заключается в том, что не нужна столь высокая точность посадки подвижных элементов, не требуются смазочные материалы, а герметичность рабочей камеры повышается. Существуют также роторные (пластинчатые) пневмодвигатели — аналоги ДВС Ванкеля.

Основные плюсы пневмодвигателя — это его экологичность и низкая стоимость «топлива». Собственно, из-за безотходности пневмолокомотивы и получили распространение в шахтном деле — при использовании ДВС в замкнутом пространстве воздух быстро загрязняется, резко ухудшая условия работы. Отработанные же газы пневмодвигателя — это обычный воздух.

Один из недостатков пневмоцилиндра — относительно низкая плотность энергии, то есть количество вырабатываемой энергии на единицу объема рабочего тела. Сравните: воздух (при давлении 30 МПа) имеет плотность энергии порядка 50 кВт ч на литр, а обычный бензин — 9411 кВт ч на литр! То есть бензин как топливо эффективнее почти в 200 раз. Даже с учетом не очень высокого КПД бензинового двигателя он «выдает» в итоге около 1600 кВт ч на литр, что значительно выше, чем показатели пневмоцилиндра. Это ограничивает все эксплуатационные показатели пневмодвигателей и движимых ими машин (запас хода, скорость, мощность и т. д.). Помимо того, пневмодвигатель имеет относительно небольшой КПД — порядка 5−7% (против 18−20% у ДВС).

Актуальность экологических проблем XXI века заставила инженеров вернуться к давно забытой идее использования пневмоцилиндра в качестве двигателя для дорожного транспортного средства. По сути, пневмоавтомобиль экологичнее даже электромобиля, элементы конструкции которого содержат вредные для окружающей среды вещества. В пневмоцилиндре же — воздух и ничего кроме воздуха.

Поэтому основной инженерной задачей было приведение пневмокара к виду, в котором он мог бы конкурировать с электромобилями по эксплуатационным характеристикам и стоимости. Подводных камней в этом деле множество. Например, проблема дегидратации воздуха. Если в сжатом воздухе будет хотя бы капля жидкости, то из-за сильного охлаждения при расширении рабочего тела она превратится в лед, и двигатель просто заглохнет (или даже потребует ремонта). Обычный летний воздух содержит примерно 10 г жидкости на 1 м 3 , и при наполнении одного баллона нужно затратить дополнительную энергию (около 0,6 кВт ч) на дегидратацию — причем эта энергия невосполнима. Данный фактор сводит на нет возможность качественной домашней заправки — оборудование для дегидратации невозможно установить и эксплуатировать в домашних условиях. И это лишь одна из проблем.

Одно из решений, позволяющих минимизировать недостатки пневмодвигателя, — облегчение автомобиля. Действительно, городской микролитражке не нужен большой запас хода и скорость, а вот экологические показатели в мегаполисе играют значительную роль. Именно на это рассчитывают инженеры франко-итальянской компании Motor Development International, которые на Женевском автосалоне 2009 года представили миру пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. MDI начали «сражаться» за пневмокар еще в 2003-м, показав концепт Eolo Car, но лишь спустя десять лет, набив множество шишек, французы пришли к приемлемому для конвейера решению.

У AIRpod есть все шансы на серийное производство, поскольку в городах с развитой велоструктурой, например в Амстердаме, такие машинки могут быть востребованы. Одна заправка воздухом на специально оборудованной станции занимает около полутора минут, а стоимость передвижения составляет в итоге порядка 0,5 на 100 км — дешевле просто некуда. Тем не менее заявленный срок серийного производства (весна 2014 года) уже прошел, а воз и ныне там. Возможно, MDI AIRpod появится на улицах европейских городов в 2015-м.

Второй предсерийный концепт — это известный проект индийского гиганта Tata, автомобиль MiniCAT. Проект был запущен одновременно с AIRpod, но, в отличие от европейцев, индусы заложили в программу нормальный, полноценный микроавтомобиль с четырьмя колесами, багажником и традиционной компоновкой (в AIRpod, заметим, пассажиры и водитель сидят спинами друг к другу). Масса Tata чуть побольше, 350 кг, максимальная скорость — 100 км/ч, запас хода — 120 км, то есть MiniCAT в целом похож на машину, а не на игрушку. Интересно, что в компании Tata не мучились с разработкой воздушного двигателя «с нуля», а за $28 млн приобрели права на использование разработок MDI (что позволило последней удержаться на плаву) и усовершенствовали двигатель для приведения в движение более крупного транспортного средства. Одна из фишек этой технологии — использование тепла, выделяющегося при охлаждении расширяющегося воздуха, для нагрева воздуха при заправке баллонов.

Но, к сожалению, O 2 Pursuit остался лишь одноразовой игрушкой, хотя и был номинирован на престижную изобретательскую премию, учрежденную Джеймсом Дайсоном. Спустя два года идею Бенстеда подхватил другой австралиец, Дарби Бичено, который предложил создать по схожей схеме не мотоцикл, а сугубо городское транспортное средство, скутер. Его EcoMoto 2013 должен быть сделан из металла и бамбука (никакого пластика), но дальше рендеров и чертежей дело пока что не продвинулось.

Помимо Бенстеда и Бичено, схожую машину в 2010 году построил Эвин И Ян (его проект назывался Green Speed Air Motorcycle). Все три конструктора, к слову, были студентами Королевского технологического института Мельбурна, и потому их проекты схожи, используют один и тот же двигатель и… не имеют шанса на серию, оставаясь исследовательскими работами.

В 2011 году спортивный автомобиль Toyota Ku: Rin установил мировой рекорд скорости для транспортных средств, приводимых в движение энергией сжатого воздуха. Обычно пневмоавтомобили не разгоняются более чем до 100−110 км/ч, концепт же Toyota показал официальный результат 129,2 км/ч. Ввиду «заточенности» на скорость, Ku: Rin на одной зарядке мог проехать всего 3,2 км, но больше трехколесному одноместному болиду и не требовалось. Рекорд установлен. Интересно, что до того рекорд составлял всего лишь 75,2 км/ч и был установлен в Бонневилле болидом Silver Rod конструкции американца Дерека Маклиша летом 2010 года.

Вышесказанное подтверждает, что у воздушных автомобилей будущее есть, но, скорее всего, не в «чистом виде». Все-таки они имеют свои ограничения. Тот же MDI AIRpod провалил абсолютно все краш-тесты, поскольку его сверхлегкая конструкция не позволяла должным образом защищать водителя и пассажиров.

А вот использовать пневмотехнологии в качестве дополнительного источника энергии в гибридном автомобиле вполне реально. В связи с этим компания Peugeot объявила о том, что с 2016 года часть кроссоверов Peugeot 2008 будет выпускаться в гибридном варианте, одним из элементов которого будет установка Hybrid Air. Эта система разработана в сотрудничестве с Bosch; суть ее в том, что энергия ДВС будет запасаться не в форме электроэнергии (как в обычных гибридах), а в баллонах со сжатым воздухом. Планы, правда, так и остались планами: на данный момент на серийные автомобили установка не ставится.

Концепт Peugeot выглядит абсолютно жизнеспособным. С учетом экологических преимуществ подобные гибриды вполне смогут потеснить электрические в течение ближайших пяти-десяти лет. И мир станет немножечко чище. Или не станет.

Среди основных направлений инженерных поисков, таких как электромобили, гибридные автомобили и автомобили на водородном топливе. Водородное топливо и другие, общедоступные технологии получения дешевой энергии, находятся под строгим запретом мировых нефтяных и промышленных монополистов. Однако, прогресс не остановить и потому, некоторые предприятия и отдельные энтузиасты продолжают создавать уникальные транспортные средства.

Сегодняшняя тема разговора касается именно пневмомобилей. Пневмомобиль является как бы продолжением темы парового автомобиля, одной из многочисленных ветвей использования двигателей, работающих за счет разности давлений газов. Кстати, паровой двигатель был изобретен задолго до появления первой паровой машины Джеймса Уатта, более 2 тысяч лет назад, Героном Александрийским. Идею Герона развил и воплотил в небольшую тележку бельгиец Фердинанд Вербист, в 1668 году

История создания автомобиля доносит до нас не так много информации об успешных и неудачных попытках изобретателей применить в качестве двигателя простой и дешевый механизм. Вначале были попытки использования силы большой пружины и силы маховика. Эти механизмы прочно закрепили свои позиции в детских игрушках. Но применение их в качестве двигателя полноразмерного автомобиля кажется несерьезным. Тем не менее, такие попытки продолжаются и похоже на то, что уже в скором будущем, необычные автомобили смогут уверенно конкурировать с автомобилями, оснащенными ДВС.

Несмотря на кажущуюся бесперспективность данного направления работ в области автомобильного транспорта, пневмомобиль имеет очень много достоинств. Это чрезвычайная простота и надежность конструкции, ее долговечность и низкая стоимость. Такой двигатель бесшумен и не загрязняет воздух. Видимо все это и привлекает многочисленных сторонников такого вида транспорта.

Идея использования сжатого воздуха для привода механизмов и транспорта, возникла давно и была запатентована в Великобритании, еще в 1799 году. Видимо возникла она из желания максимально упростить паровой двигатель и сделать его предельно компактным, чтобы использовать на автомобиле. Практическое использование пневмодвигателя было осуществлено в Америке, в 1875 году. Там строили шахтные локомотивы, которые работали на сжатом воздухе. Первый легковой автомобиль с пневмодвигателем, впервые был продемонстрирован в 1932 году, в Лос-Анджелесе.

С появлением парового двигателя, изобретатели пытались установить его на «Самобеглые коляски», но громоздкий и тяжелый паровой котел оказался неприспособленным к такому виду транспорта.
Предпринимались попытки использования электродвигателя и аккумуляторных батарей для самодвижущегося транспорта, и были достигнуты определенные успехи, но двигатель внутреннего сгорания оказался вне конкуренции, на то время. В результате жестокой конкурентной борьбы между ним и паровым двигателем, победил все-таки двигатель внутреннего сгорания.

Несмотря на множество недостатков, этот двигатель и сегодня доминирует во многих сферах жизнедеятельности человечества, в том числе и во всех видах транспорта. О недостатках двигателя внутреннего сгорания и необходимости найти ему достойную замену, все чаще говорят в научных кругах и пишут в различных популярных изданиях, но все попытки запуска новых технологий в массовое производство, жеско блокируются.

Инженеры и изобретатели создают интереснейшие и перспективные двигатели, способные полностью заменить ДВС, но мировые нефтяные и промышленные монополисты используют свои рычаги давления для того, чтобы не допустить отказа от ДВС и использования новых, альтернативных источников энергии.

Американцы тоже готовят к массовому производству шестиместный автомобиль CityCAT,
работающий на сжатом воздухе. При длинне 4.1м. и ширине 1.82м., автомобиль весит 850 килограмм. Он может развивать скорость до 56 км/час и преодолевать расстояние до 60 километров. Показатели весьма скромные, но для города вполне терпимые, с учетом многочисленных достоинств автомобиля и его весьма низкой стоимости.Каковы же они, эти достоинства?

Все, кто имеет автомобиль, или имеют отношение к автомобильному транспорту, прекрасно знают насколько сложен конструктивно современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Помимо того, что сам двигатель конструктивно достаточно сложен, ему требуется система дозировки и впыска топлива, система зажигания, стартер, система охлаждения, глушитель, механизм сцепления, коробка передач и сложная трансмиссия.

Пневмодвигатель — полная противоположность двигателю внутреннего сгорания. Он предельно прост, компактен, бесшумен, надежен и долговечен. При необходимости, его можно разместить даже в колесах автомобиля. Существенный минус этого двигателя, не позволяющий свободно использовать его на автотранспорте, ограниченный пробег с одной заправки.

Чтобы увеличить дальность пробега пневмомобиля, нужно увеличить объем воздушных баллонов и повысить давление воздуха в баллонах. И то, и другое имеет жесткие ограничения по габаритам, по весу и по прочности баллонов. Может быть когда нибудь эти проблемы будут решены, а пока применяются так называемые гибридные схемы двигательных установок.

В частности, для пневмомобиля предлагается использовать маломощный двигатель внутреннего сгорания, который осуществляет постоянную подкачку воздуха в рабочие баллоны. Двигатель работает постоянно, подкачивая воздух в баллоны, и выключается лишь когда давление в баллонах достигнет макисмального значения. Такое решение позволяет значительно сократить расход бензина, выброс угарного газа в атмосферу и увеличить дальность пробега пневмомобиля.

Подобная гибридная схема является универсальной и успешно применяется, в том числе и на электромобилях. Разница лишь в том, что вместо баллона со сжатым воздухом используется электрический аккумулятор, а вместо пневмодвигателя — электродвигатель. Маломощный ДВС вращает электрический генератор, который подзаряжает аккумуляторы, а те, в свою очередь, питают электродвигатели.

Суть любой гибридной схемы в том, чтобы пополнять расходуемую энергию, при помощи двигателя внутреннего сгорания. Это позволяет использовать двигатель меньшей мощности. Он работает в наивыгоднейшем режиме и потребляет меньше топлива, а значит и выбрасывает меньше токсичных веществ. Пневмомобиль, или электромобиль получают возможность увеличить пробег, ведь затраченная энергия частично пополняется, непосредственно во время движения.

Во время частых остановок у светофоров, при движении накатом и спусках с уклонов, тяговый двигатель не потребляет энергии и происходит чистая подзарядка баллонов, или аккумуляторов. Во время длительных стоянок, пополнять запасы энергии лучше от стандартной заправочной колонки.

Представьте, что Вы приехали на работу, автомобиль стоит на стоянке, а двигатель продолжает работать, пополняя запасы энергии в баллонах. Не окажется ли это сводящим на нет все преимущества гибридного автомобиля? Не получится ли, что экономия бензина окажется не столь сущестенной, как хотелось бы?

В дни своей далекой юности, я тоже подумывал о пневмодвигателе для самодельного автомобиля. Только направление моих поисков имело химический характер. Хотелось найти такое вещество, которое вступало бы в бурную реакцию с водой, или другим веществом, выделяя при этом газы. Тогда мне не удалось найти ничего подходящего и идея была навсегда заброшена.

Зато появилась другая идея — почему бы вместо высокого давления воздуха не использовать вакуум? Если баллон со сжатым воздухом подвергнется каким либо повреждениям, или давление воздуха превысит допустимое, то это чревато мгновенным его разрушением, наподобие взрыва. Вакуумному баллону такое не грозит, его может просто сплющить атмосферным давлением.

Чтобы получить высокое давление в баллоне, порядка 300 бар, нужен специальный компрессор. Чтобы получить вакуум в баллоне, достаточно впустить внутрь порцию обычного водяного пара. Остывший пар превратится в воду, уменьшившись в объеме в 1600 раз и… цель достигнута, частичный вакуум получен. Почему частичный? Да потому, что выдержать глубокий вакуум не всякий баллон сможет.

Дальше все просто. Чтобы автомобиль мог проехать на одном баллоне возможно дальше, нужно подавать в пневмодвигатель не воздух, а пар. Совершив работу, пар проходит через систему охлаждения, где остывает и превратившись в воду, попадает в вакуумный баллон. То-есть, если через двигатель пропущен пар, скажем в 1600 см.3, то в баллон попадет всего 1 см.3 воды. Таким образом, в вакуумный баллон поступает лишь незначительное количество воды и продолжительность его работы увеличивается многократно.

Индийская компания Tata Motors собирается серийно выпускать компактный городской автомобиль, работающий на сжатом воздухе. Компания утверждает, что их пневмомобиль способен разгоняться до 70 км/час и преодолевать до 200 километров с одной заправки.

В свою очередь, американцы также готовят к серийному выпуску шестиместный пневмомобиль CityCAT. В заявленных характеристиках значится, что разгоняться автомобиль сможет до 80 км/час и дальность пробега составит 130 км. Еще один пневмомобиль американской фирмы MDI, маленький трехместный MiniCAT также планируется запустить в серию.

Пневмомобилями заинтересовались многие фирмы. Австралия, Франция, Мексика и ряд других стран готовы также начать выпускать у себя этот непривычный пока, но обнадеживающий вид транспорта. Двигателю внутреннего сгорания таки прийдется сойти с арены и уступить место другому двигателю, более простому и надежному. Когда это произойдет, пока сказать трудно, но произойдет непременно. Прогресс не может стоять на месте.

Группа наших специалистов работает над разработкой пневматических приводов движения в области их применения на автомобильном транспорте и в приводах различных рабочих машин. Ими проделана огромная работа в этом направлении, но сначала можно сказать несколько слов о сегодняшней мировой тенденции в этом направлении работ.

Индийский автоконцерн Tata изучая возможность создания суперэкологичного легкового транспорта, работающего на сжатом воздухе, подписал соглашение с французской компанией MDI, которая разрабатывает экологически чистые двигатели, использующие в качестве топлива только сжатый воздух. Tata приобрела права на эти технологии для Индии и теперь изучает, где и как их можно использовать. Таtа уже давно готовила общественность к экологически чистому транспорту, который получает все большее распространение в Индии, где наблюдается настоящий автомобильный бум.

«Эта концепция как способ управления автомобилем очень интересна», — говорит управляющий директор индийской компании Рави Кант. Компания искала возможности для применения технологии «сжатого воздуха» для мобильных и стационарных целей, добавляет Кант.

И вот очередная сенсация от индийских производителей. Они запускают в серийное производство модель «Нано» по имени OneCAT, который будет иметь уже не бензиновый, а пневмомотор, работающий на сжатом воздухе. Заявленная цена революционной новинки — около пяти тысяч долларов. Под водительским сиденьем «Нано» стоит аккумулятор, а передний пассажир сидит прямо на топливном баке. Если заправлять автомобиль воздухом на компрессорной станции, это займет три-четыре минуты. «Подкачка» с помощью мини-компрессора, работающего от розетки, длится три-четыре часа. «Воздушное топливо» стоит относительно дешево: если перевести его в бензиновый эквивалент, то получится, что машина расходует около литра на 100 км пути.

Экологически чистый микрогрузовичок Gator от компании Engineair — первый в Австралии автомобиль на сжатом воздухе, поступивший в реальную коммерческую эксплуатацию, недавно приступил к своим обязанностям в Мельбурне. Грузоподъёмность этой тележки — 500 кг. Объём баллонов с воздухом — 105 литров. Пробег на одной заправке — 16 км. При этом заправка занимает несколько минут. В то время, как зарядка аналогичного электромобиля от сети заняла бы часы. Кроме того, аккумуляторы дороже баллонов, намного тяжелее их и являются загрязнителями окружающей среды после выработки ресурса и в процессе эксплуатации.

Идея пневмопривода проста — в движение машину приводит не сгорающая в цилиндрах мотора бензиновая смесь, а мощный поток воздуха из баллона (давление в баллоне — около 300 атмосфер). В этих автомобилях нет ни баков с топливом, ни аккумуляторов, ни солнечных батарей. Не нужны им ни водород, ни дизтопливо, ни бензин. Надёжность? Да тут почти нечему ломаться.

Так можно устроить привод легкового автомобиля по системе Ди Пьетро. Два роторных пневмодвигателя, по одному на колесо. И никакой трансмиссии — ведь пневмодвигатель выдаёт максимальный крутящий момент сразу — даже в неподвижном состоянии и раскручивается до вполне приличных оборотов, так что особой трансмиссии с переменным передаточным числом ему не нужно. Ну, а простота конструкции — это ещё один плюс в копилку всей идеи.

Большой плюс пневмомобиля и в том, что он практически не нуждается в масле — мотору хватит литра «смазки» на 50 тысяч километров пробега (для обычного авто потребуется порядка 30 литров масла). Не нужен пневмомобилю и кондиционер — отработанный мотором воздух имеет температуру от нуля до пятнадцати градусов Цельсия. Этого вполне достаточно для охлаждения салона, что для жаркой Индии, где планируют выпускать машину, немаловажно.

В Штатах должны строить модель CityCAT. Это шестиместная легковушка с большим багажником. Вес машинки составит 850 килограммов, длина — 4,1 м, ширина — 1,82 м, высота — 1,75 м. Это авто сможет проезжать в городе до 60 километров только на одном сжатом воздухе и сможет разгоняться до 56 километров в час.

4 баллона, выполненные из углепластика с кевларовой оболочкой, длиной в 2 и диаметром в четверть метра каждый, расположены под днищем, вмещают 400 литров сжатого воздуха под давлением в 300 бар. Воздух высокого давления либо закачивается в них на специальных компрессорных станциях, либо производится бортовым компрессором при его подключении к стандартной электросети напряжением в 220 вольт. В первом случае заправка занимает около 2-х минут, во втором — около 3,5 часов. Энергозатраты в обоих случаях составляют около 20 кВт/ч, что при нынешних ценах на электроэнергию эквивалентно стоимости полутора литров бензина. Немало преимуществ имеет автомобиль на сжатом воздухе и перед электромобилем: он значительно легче, заряжается вдвое быстрее и обладает аналогичным запасом хода.

Разработчики воздушного двигателя из компании MDI подсчитали суммарный КПД в цепочке «нефтеперегонный завод — автомобиль» для трёх видов привода — бензинового, электрического и воздушного. И оказалось, что КПД воздушного привода составляет 20 процентов, что в два с лишним раза превышает КПД стандартного бензинового мотора и в полтора раза — КПД электропривода. Кроме того, экологический баланс выглядит и ещё лучше, если использовать возобновляемые источники энергии.

Между тем, по данным фирмы MDI, в одной лишь Франции уже собрано более 60-ти тысяч предварительных заказов на воздушный автомобиль. Построить у себя заводы по его производству намерены Австрия, Китай, Египет и Куба. Огромный интерес к новинке проявили власти мексиканской столицы: как известно, Мехико является одним из самых загазованных мегаполисов мира, поэтому отцы города намерены как можно скорее заменить все 87 тысяч бензиновых и дизельных такси экологически чистыми французскими автомобилями.

Аналитики считают, что автомобиль на сжатом воздухе, неважно кем он создан (Tata, Engineair, MDI либо другими), вполне может занять свободную нишу на рынке подобно электромобилям, которые уже разработали или только тестируют другие производители.

Сам пневмопривод не решает проблемы с топливом. Дело в том, что запас энергии сжатого воздуха очень небольшой и такой привод способен эффективно решать топливную проблему лишь для некоторых типов машин: пассажирских и грузовых мини-каров, погрузчиков и наиболее легких городских автомобилей (например — специальных такси). И не более того, если говорить о чистом пневматическом, а не о гибридном приводе (гибридный привод — это параллельная, но абсолютно отдельная тема).

Разрабатывая пневмопривод машины, нужно заниматься не пневмодвигателем, а именно пневмоприводом — целой системой, в которой пневмодвигатель является лишь составной частью. Хороший пневмопривод должен включать в себя несколько отдельных узлов:

1. Собственно пневмодвигатель — поршневой или роторный многорежимный двигатель (возможно, оригинальной конструкции), обеспечивающий высокую и переменную удельную тягу (момент вращения) при любых оборотах и при сохранении стабильно высокого объемного КПД (80-90%).

3. Автоматический блок контроля нагрузки и скорости пневмомобиля — управляет пневмодвигателем и системой подготовки впуска сжатого воздуха в его цилиндры в соответствии с запросами оператора машины на скорость ее движения и нагрузкой на пневмоприводе.

Такой пневмопривод не будет иметь ни одной постоянной характеристики. Все его характеристики — мощность, момент вращения, частота вращения — автоматически изменяются от нуля до максимума в зависимости от условий работы и преодолеваемой нагрузки. Кроме того он может обладать реверсивностью хода и пневматическим механизмом принудительного торможения типа ретардера.

Только такой комплексный подход к решению проблемы пневмопривода позволит сделать его максимально эффективным, предельно экономичным и не требующим применения различных вспомогательных систем, таких как муфта сцепления или коробка перемены передач. Он же в состоянии повысить экономичность пневмосистемы на 15-30% в сравнении с мировыми аналогами.

За опытную машину с пневмоприводом лучше всего использовать специально сконструированный для этого автопогрузчик. Эта машина сможет показать себя и в движении и в работе. Для автопогрузчика проще сделать облицовочные панели, чем изготовить кузов легкового автомобиля, а кроме того погрузчик — машина принципиально тяжелая и вес стальных баллонов под сжатый воздух ей не помешает, а легкие углепласт-кевларовые баллоны на первом этапе работ обойдутся дороже чем вся машина. Свою роль сыграет и то, что отдельные узлы машины мы сможем использовать от серийных автопогрузчиков, а это позволит ускорить работу.

Такая машина с пневмоприводом имеет некоторые преимущества перед своими дизельными и электрическими аналогами: — при серийном изготовлении она окажется дешевле в производстве, — запас энергии в баллонах аналогичный запасу энергии в аккумуляторах электропогрузчика, — время зарядки баллонов — несколько минут, а время зарядки аккумуляторных батарей — 6-8 часов, — пневмопривод практически не чувствителен к изменению температуры окружающего воздуха — при повышении температуры до +50º запас энергии увеличивается на 10% и с дальнейшим повышением температуры окружающей среды запас энергии пневмопривода только возрастает, не оказывая вредного воздействия (как у дизеля, который склонен к перегреву). При снижении температуры до -20º запас энергии пневмопривода снижается на 10% без каких либо других вредных воздействий на его работу, в то время, как запас энергии электрических батарей уменьшится в 2 раза, а дизель на таком холоде может и не завестись. При снижении температуры окружающей среды до -50º аккумуляторные батареи и дизеля практически не работают без специальных ухищрений, а пневмопривод лишь теряет около 25% запаса энергии. — такой пневмопривод может обеспечивать гораздо больший тягово-скоростной диапазон работы, чем тяговые электродвигатели электропогрузчиков или гидротрансформаторы дизельных погрузчиков.

Если рекуперировать энергию (используя торможение автомобиля или его притормаживание при движении с уклона) при помощи генератора и компрессора, то цепочка рекуперации получается значительно длиннее: генератор — аккумулятор — преобразователь — электродвигатель — компрессор. При этом мощность рекуператора (системы рекуперации в целом и всех ее составляющих по отдельности) должна составлять около половины мощности пневмодвигателя машины.

У пневмомобиля механизм рекуперации энергии значительно сложнее и дороже чем у электромобиля. Дело в том, что генератор электромобиля, связанный с рекуперацией энергии, независимо от режима торможения автомобиля, возвращает в аккумуляторы энергию при стабильном напряжении. При этом сила тока зависит от режима торможения и особой роли в подпитке аккумулятора не играет. Именно этот процесс очень трудно обеспечить в пневмоприводе.

Чтобы было понятнее, рекуперация не будет происходить, если давление в баллонах составляет 300 атмосфер, а компрессор в выбранном режиме торможения создает только 200 атмосфер. В то же время режим торможения выбирается водителем индивидуально в каждом конкретном случае и подстраивается под условия движения, а не под эффективную работу рекуператора.

Модель открытого микроавтомобиля или грузового микрокара, работающих на сжатом воздухе. Идеальное средство передвижения для небольших городов и поселков в зонах жаркого климата. Абсолютно чистый выхлоп — чистый прохладный воздух, который может быть направлен на создание микроклимата пассажирам. Высокоэкономичный автоматизированный пневмопривод ее хода обеспечивает максимальную эффективность и автоматизацию управления ее движением не зависимо от изменения величины внешней нагрузки — сопротивления движению. Оригинальный пневматический двигатель с изменяемым моментом вращения не нуждается в применении коробки передач. Эффективность этого пневматического привода на 20% выше, чем у существующих аналогичных пневматических приводов других разработчиков и максимально приближена к теоретическому пределу использования энергии, запасенной в сжатом воздухе в баллонах машины.

То, что пневмомобили смогут стать полноценной заменой бензиновому и дизельному транспорту, пока вызывает сомнения. Однако у двигателей, работающих на сжатом воздухе есть свой безусловный потенциал.Автомобили на сжатом воздухе используют электрический насос – компрессор для сжатия воздуха до высокого давления (300 – 350 Атм.) и аккумулируют его в резервуаре. Используя его для движения поршней, на подобии двигателя внутреннего сгорания, выполняется работа и автомобиль движется на экологически чистой энергии.

Несмотря на то, что автомобиль с воздушным двигателем кажется инновационной и даже футуристической разработкой, сила воздуха использовалась в управлении автомобилями еще в конце девятнадцатого – начале двадцатого века. Однако точкой отсчета в истории развития воздушных двигателей нужно считать семнадцатый век и разработки Дэни Папина для Академии наук Великобритании. Таким образом, принцип работы воздушного двигателя открыт более трехсот лет назад, и тем более странным кажется тот факт, что эта технология так долго не находила применения в автомобильной промышленности.

Первоначально двигатели, работающие на сжатом воздухе, использовались в общественном транспорте. В 1872 году Луи Мекарски создал первый пневматический трамвай. Затем, в 1898 году Хоудли и Найт усовершенствовали конструкцию, продлив цикл работы двигателя. В числе отцов-основателей двигателя на сжатом воздухе также нередко упоминают имя Чарльза Портера.

Принимая во внимание долгую историю воздушного двигателя, может показаться странным, что эта технология не получила должного развития в двадцатом веке. В тридцатых годах был спроектирован локомотив с гибридным двигателем, работавшим на сжатом воздухе, однако доминирующей тенденцией в автомобилестроении стала установка двигателей внутреннего сгорания. Некоторые историки прозрачно намекают на существование «нефтяного лобби»: по их мнению, могущественные компании, заинтересованные в росте рынка сбыта продуктов нефтепереработки приложили все возможные усилия, чтобы исследования и разработки в сфере создания и усовершенствования воздушных двигателей никогда не были опубликованы.

В характеристиках воздушных двигателей легко заметить множество преимуществ в сравнении с двигателями внутреннего сгорания. В первую очередь, это дешевизна и очевидная безопасность воздуха, как источника энергии. Далее, упрощается конструкция двигателя и автомобиля в целом: в нем отсутствуют свечи зажигания, бензобак и система охлаждения двигателя; исключается риск протечки зарядных батарей, а также загрязнения природы автомобильными выхлопами. В конечном счете, при условии массового производства, стоимость двигателей на сжатом воздухе, скорее всего, окажется ниже, чем стоимость бензиновых двигателей.

Однако не обойдется и без ложки дегтя: согласно проведенным экспериментам, двигатели на сжатом воздухе в работе оказались более шумными, чем бензиновые двигатели. Но это не главный их недостаток: к сожалению, по своей производительности они также отстают от двигателей внутреннего сгорания.

Новая эра для автомобилей, работающих на сжатом воздухе, началась в 2008-м году, когда бывший инженер Формулы 1 Гай Негре представил свое детище под названием CityCat – автомобиль с воздушным двигателем, который может развивать скорость до 110 км/ч и преодолевать без подзарядки расстояние в 200 километров Чтобы превратить пусковой режим пневматического привода в рабочий, было потрачено более 10 лет. Основанная с группой единомышленников компания стала называться Motor Development Internation. Ее первоначальный проект не был пневмомобилем в полном смысле этого слова. Первый двигатель Гая Негре мог работать не только на сжатом воздухе, но также на природном газе, бензине и дизеле. В моторе MDI процессы сжатия, воспламенения горючей смеси, а также сам рабочий ход проходят в двух цилиндрах разного объема, соединяющихся меж собой сферической камерой.

Однако команда MDI не стала останавливаться на достигнутом результате, продолжив работу над усовершенствованием двигателя на сжатом воздухе, а именно над созданием полноценного пневмомобиля, без подпитки газового или жидкого топлива. Первым стал прототип Taxi Zero Pollution. Этот автомобиль «почему-то» не вызвал интерес у развитых стран, в то время сильно зависящих от нефтяной промышленности. Зато Мексика заинтересовалась этой разработкой, и в 1997 году заключила договор о постепенной замене таксопарка Мехико (одного из самых загрязненных мегаполисов мира) на «воздушный» транспорт.

Следующим проектом стал тот самый Airpod с полукруглым стеклопластиковым кузовом и 80-килограммовыми баллонами со сжатым воздухом, полный запас которых хватал на 150-200 километров пути. Однако полноценным серийным пневмомобилем стал проект OneCat — более современная интерпретация мексиканского такси Zero Pollution. В легких и безопасных карбоновых баллонах под давлением в 300 бар может храниться до 300 литров сжатого воздуха.

Ф 1305454, кл. F 15 В 15/10, 1985. (54 ) МЕМБРАННЫЙ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение м.б. использовано, для механизации и автоматизации технологического оборудования и приспособлений. Цель изобретения вЂ” повышение надежности и КПД пневмодвигателя. Для этого двигатель снабжен дополнительным регулируемым упором 9.

Мембрана 2, закрепленная в корпусе 1, снабжена дополнительной опорной пластиной 8, установленной с возможностью взаимодействия с упором 9. Две опорные пластины 8 пневмодвигателя установлены симметрично относительно оси штока 6 и закреплены на нем шарнирно, а регулируемые упоры 9 снабжены роликами. Регулирование усилия на штоке осуществляется путем перемещения упоров 9 посредством винта II. Такая конструкция пневмодвигателя исключает заклинивание штока 6 и снижает потери на трение между пластинами.

Мембранный пневмодвигатель состоит из корпуса 1 с закрепленной в нем 15 мембраной 2 и крышки 3, скрепленной ! корпусом 1. При этом мембрана 2 и рышка 3 образуют вместе герметичную рабочую камеру 4. Для подвода сжатого воздуха в крышке 3 выполнено от- 20

Винт ll имеет на концах винтовую нарезку в виде самотормоэящейся левой и правой резьбой одинакового шага, 40 а в упорах 9 выполнены ответные резьбовые отверстия с правой и левой резьбой, взаимодействующие с соответствующей резьбой винта. При этом расстояния от упоров 9 до оси штока 45

При подаче рабочей среды через отверстие 5 в камеру 4 и расположении упоров 9 вблизи корпуса 1 (фиг.1) 55 шток 6 совершает прямой ход, Момент от сил, действующих на пластины 8 со стороны мембраны 2 от точек контакта пластин 8 с упорами 9 до внутренних концов пластин, 8 больше, чем момент от сил, действующих на пластины 8 со стороны мембраны 2 от точек контакта пластин 8 с упорами 9 до внешних концов пластин 8, в результате пластины 8 поворачиваются в сторону штока 6, перемещая шток

Максимальное усилие при прямом ходе будет в случае, когда упоры 9 расположены на максимальном расстоянии от оси штока 6. При этом усилие на штоке 6 при прямом ходе, так же как и при обратном, будет минимальным в случае, когда упоры 9 расположены в центре пластин 8.

Мембранный пневмодвигатель, содержащий корпус, мембрану, установленную в корпусе с образованием рабочей камеры, опорную пластину, шарнирно соединенную с штоком, винт, установленный в корпусе перпендикулярно оси штока, и регулируемый упор, размещенный на винте с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с опорной пластиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, он снабжен дополнительным регулируемым упором, винт выполнен с разноименными винтовыми нарезками, мембрана снабжена дополнительной опорной пластиной, установленной с возможностью взаимодействия с дополнительным упором, при этом обе пластины установлены симметрично относительно оси штока и закреплены на нем шарнирно, а упоры снабжены роликами.

Изобретение относится к области машиностроения, к устройствам, предназначенным для управления механизмами с поступательным перемещением штоков рабочих органов, более конкретно, к пневматическим исполнительным механизмам, управляющим трубопроводной арматурой

Транспортные средства на сжатом воздухе приводятся в движение пневмодвигателями, использующими сжатый воздух, запасённый в баллонах. Такой привод называется пневматическим. Вместо смеси топлива с воздухом и её сжигания в двигателе, и последующей передачи энергии поршням от горячих расширяющихся газов, в транспортных средствах на сжатом воздухе передача энергии поршням осуществляется от сжатого воздуха. Один из производителей заявил о разработке пневмодвигателя, имеющего 90 % КПД^[1].

Содержание

1 Технологии
- 1. 1 Двигатели
- 1.2 Баллоны
- 1.3 Сжатый воздух
- 1.4 Выбросы отходов
2 История
3 Преимущества
4 Недостатки
5 Возможные улучшения
6 Транспорт на сжатом воздухе
- 6.1 Пневмовелосипеды
- 6.2 Мотоциклы
- 6.3 Мопеды
- 6.4 Автомобили
- 6.5 Автобусы
7 Примечания
8 Ссылки

Типичные двигатели, работающие на сжатом воздухе (пневмодвигатели), используют один или несколько поршней. Пневмодвигатели принципиально по конструкции очень похожи на гидродвигатели. В некоторых случаях целесообразно нагревать воздух или двигатель для повышения отдачи энергии. Особенно это актуально с учётом того, что расширяющийся в пневмодвигателях воздух охлаждается.

Материалы на базе пластика легче металлических, но в целом они дороже. Металлические баллоны могут выдерживать большое количество циклов нагружения-разгрузки, но их необходимо периодически проверять на наличие коррозии.

Баллоны описываемых транспортных средств необходимо заправлять на специальных заправочных станциях, имеющих необходимое оборудование. Затраты на вождение подобных воздухомобилей, как обычно предполагается, должны составлять порядка €0.75 на 100 км, при полной перезарядке баллонов на «баллонной станции» — около US$3.

Сжатый воздух имеет низкую энергетическую плотность. При давлении 300 бар, энергетическая плотность может достигать около 0. 1 МДж/литр (с учётом возможности нагрева воздуха), что сравнимо с ёмкостью электрохимических свинцовых аккумуляторных батарей. Однако по мере разряжения батарей напряжение на их выходах падает относительно не сильно; в автомобилях на химическом топливе обеспечивается постоянная мощность на выходе от первого до последнего литра этого топлива. В то же время, давление на выходе из баллонов падает по мере расходования воздуха.

Как и другие технологии, не использующие сжигание топлива, использование транспортных средств на сжатом воздухе позволяет избавиться от выбросов на дорогах через выхлопные трубы, и переместить их на централизованные электростанции, что облегчает процесс утилизации этих выбросов. Однако в сжатый воздух таких транспортных средств необходимо добавлять смазывающие материалы для уменьшения сил трения и снижения износа пневмооборудования. Эти смазывающие материалы также впоследствии могут загрязнять окружающую среду.

В начале 19-го века использование сжатого воздуха в качестве привода различных систем было весьма широко распространено и стало исчезать лишь с продвижением в массовое использование электричества^[6]. До этого 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^[7] С. И. Барановским был построен локомотив на пневматическом приводе, который получил название духоход Барановского^[8]. 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.

В 1903 году компания «Сжиженный воздух» (англ. Liquid Air Company), расположенная в Лондоне, производила автомобили на сжатом и сжиженном воздухе. Главными проблемами в этих автомобилях, как и вообще в автомобилях на сжатом воздухе, являлся (является) недостаточный вращательный момент пневмодвигателей и высокая стоимость сжатого воздуха^[9]

Почти как и транспорт на аккумуляторных батареях, транспортные средства на сжатом воздухе в конечном счёте получают энергию от электрических распределительных сетей. Это облегчает задачу снижения выбросов в месте использования такого транспорта в противоположность миллионам других транспортных средств.
Использование технологий сжатого воздуха позволяет снизить стоимость производства транспортного средства примерно на 20 % за счёт отсутствия необходимости использования систем охлаждения, топливных баков, систем впрыска топлива и др^[10].
Пневмодвигатели работают на воздухе относительно невысокой температуры, и поэтому могут быть изготовлены из менее прочных и более лёгких материалов, таких как алюминий, пластик, тефлон, обладающие хорошими фрикционными свойствами и др.
Баллоны могут быть перезаряжены сжатым воздухом быстрее, и выдерживают большее количество циклов зарядки-разрядки, чем аккумуляторные батареи. По этому показателю транспортные средства на сжатом воздухе сравнимы с транспортом на жидком топливе.

Принципиальным недостатком является непрямое использование энергии. Сначала энергия используется для сжатия воздуха, а потом от сжатого воздуха передаётся двигателю. Каждое преобразование энергии осуществляется с потерями. Т. е., как следствие более низкий КПД чем, например, у дизельного или, тем более, электротранспорта.

Баллоны сильно нагреваются при быстрой заправке, согласно законам термодинамики. Иногда их приходится охлаждать (например, погружая в воду) при заправке. Это может быть невозможно в автомобилях, и поэтому заправка в этом случае неизбежно займёт много времени.

Ранние тесты показали ограниченную энергоёмкость баллонов; единственный тест, результаты которого были опубликованы, показал, что транспортное средство, приводившееся в движение исключительно сжатым воздухом, смогло преодолеть максимальную дистанцию в 7,22 км^[12].

Исследование 2005 года показало, что транспортные средства на литиево-ионных батареях имеют показатели втрое лучше, чем транспортные средства как на сжатом воздухе, так и на топливных элементах. Однако компания MDI недавно заявила, что воздухомобили будут способны преодолевать 180 км при вождении по городу и максимальной скорости 110 км/ч^[13], при движении только на сжатом воздухе.

В транспортных средствах на сжатом воздухе протекают различные термодинамические процессы, такие как охлаждение при расширении и нагревание при сжатии воздуха. Поскольку на практике невозможно использовать идеальные теоретические процессы, то потери энергии обязательно происходят, и совершенствование может идти по пути их снижения. Одни из направлений может быть использование больших теплообменников, позволяющих, с одной стороны, эффективнее нагревать пневмодвигатель, а с другой, охлаждать пассажирский салон. В то же время, получаемое при сжатии воздуха тепло, может быть использовано для нагревания жидкостных (водных) систем и использовано позднее.
Может быть полезным запасать сжатый воздух при более низком давлении за счёт использования абсорбирующих материалов, таких как активированный уголь^[14], или металло-органические структуры (англ.)^[15], которые используются при хранении сжатого природного газа при давлении 3,3 МПа вместо 30 МПа, что даёт большу́ю экономию энергии.

Трое студентов инженеры-механики из Университета штата Сан-Хосе; Даниэль Мекис, Деннис Шааф и Эндрю Мировичh, спроектировали и построили велосипед, который работает на сжатом воздухе. Общая стоимость прототипа составила около $ 1000. Максимальная скорость была зарегестрирована в мае 2009 года и составила 23 миль / ч. (37 км / час)^[16]

• Поскольку им не требуется электроэнергия, пневматические двигатели можно использовать в летучих средах.
• Как правило, они имеют более высокую удельную мощность, поэтому меньший по размеру пневматический двигатель может обеспечить такую же мощность, как и его электрический аналог.
• В отличие от электродвигателей многие пневматические двигатели могут работать без вспомогательных редукторов.
• Перегрузки, превышающие крутящий момент остановки, обычно не наносят вреда пневматическим двигателям. При работе с электродвигателями перегрузки могут вызвать срабатывание автоматических выключателей, поэтому перед повторным запуском оборудования оператор должен сбросить их.
• Скорость пневматического двигателя можно регулировать с помощью простых клапанов управления потоком вместо дорогостоящих и сложных электронных регуляторов скорости.
• Крутящий момент пневматического двигателя можно изменять, просто регулируя давление.
• Для пневматических двигателей не требуются магнитные пускатели, защита от перегрузки или множество других вспомогательных компонентов, необходимых для электродвигателей.
• Пневмодвигатели выделяют гораздо меньше тепла, чем электродвигатели.

• Если для применения не существует подходящего источника сжатого воздуха, стоимость пневматического двигателя и связанного с ним вспомогательного , фильтры, клапаны и т. д.) превысит мощность электродвигателя и вспомогательного оборудования.
• Пневматические двигатели потребляют относительно дорогой сжатый воздух, поэтому стоимость их эксплуатации, вероятно, будет выше, чем стоимость эксплуатации электродвигателей.
• Несмотря на то, что электронные регуляторы скорости увеличивают стоимость приводов с электродвигателями, они контролируют скорость более точно (в пределах ±1% от требуемой скорости), чем регуляторы пневматических двигателей.
• Пневматические двигатели, работающие непосредственно от заводской воздушной системы, чувствительны к колебаниям скорости и крутящего момента, если расход и давление в системе колеблются.

Распространенные конструкции пневматических двигателей включают роторно-лопастные, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, героторные, турбинные, V-образные и диафрагменные. В промышленности чаще всего используются пластинчато-роторные, аксиально- и радиально-поршневые, героторные пневмодвигатели. Эти конструкции работают с максимальной эффективностью и долговечностью от смазанного воздуха. Конечно, существуют специальные конструкции для применений, в которых применение смазанного воздуха нежелательно. Турбинные двигатели используются там, где требуется очень высокая скорость, но низкий пусковой момент. V-образные и мембранные пневматические двигатели используются в основном для специальных применений и здесь не рассматриваются.

Поршневые пневматические двигатели используются в приложениях, требующих высокой мощности, высокого пускового момента и точного управления скоростью на низких скоростях. Они имеют два, три, четыре, пять или шесть цилиндров, расположенных аксиально или радиально внутри корпуса. Выходной крутящий момент создается давлением, действующим на поршни, совершающие возвратно-поступательное движение внутри цилиндров.

Двигатели с четырьмя или более цилиндрами обеспечивают относительно плавный крутящий момент при заданной рабочей скорости, поскольку импульсы мощности перекрываются: два или более поршня совершают рабочий ход в любое время в пределах одного оборота. Двигатели, разработанные с перекрывающимися рабочими ходами и точной балансировкой, не имеют вибраций на всех скоростях.

Мощность, развиваемая поршневым двигателем, зависит от входного давления, количества поршней, площади поршней, хода и скорости. При любом заданном давлении на входе большую мощность можно получить от двигателя, который работает с более высокой скоростью, имеет больший диаметр поршня, большее количество поршней или более длинный ход. Факторами, ограничивающими скорость, являются инерция движущихся частей (которая оказывает большее влияние на радиально-поршневые двигатели, чем на аксиально-поршневые) и конструкция клапана, который управляет впуском и выпуском поршней.

Радиально- и аксиально-поршневые двигатели имеют одно существенное ограничение: они смазываются изнутри, поэтому запасы масла и смазки необходимо периодически проверять и пополнять. Они должны быть установлены в горизонтальном положении, чтобы обеспечить надлежащую смазку подшипников. Однако по крайней мере один производитель предлагает радиально-поршневой двигатель с валом, направленным вертикально вниз, в качестве стандартной конфигурации. Другие монтажные положения любого производителя требуют специальных конфигураций смазки.

Радиально-поршневые двигатели имеют прочную конструкцию с масляной смазкой и хорошо подходят для непрерывной работы. Они имеют самый высокий пусковой крутящий момент среди всех пневматических двигателей и особенно удобны для применений с высокими пусковыми нагрузками. Перекрывающиеся импульсы мощности обеспечивают плавный крутящий момент как в прямом, так и в обратном направлении. Размеры варьируются примерно до 35 л.с. при скорости до 4500 об/мин.

Рис. 1. Аксиально-поршневой пневмодвигатель в разрезе. Высокий пусковой крутящий момент является ключевым преимуществом как аксиально-, так и радиально-поршневых пневматических двигателей. Нажмите на картинку для увеличения.

Аксиально-поршневые двигатели , рис. 1, более компактны, чем радиально-поршневые двигатели, что делает их идеальными для установки в ограниченном пространстве. Их конструкция сложнее и дороже, чем у лопастных двигателей, и они смазываются консистентной смазкой. Однако аксиально-поршневые двигатели работают более плавно и развивают максимальную мощность при гораздо более низких скоростях, чем лопастные двигатели. Аксиально-поршневые двигатели меньше и легче, чем электрические мотор-редукторы той же номинальной мощности, а также выдерживают более высокие температуры окружающей среды. Максимальный размер составляет около 3½ л.с.

Рис. 2. Воздух проходит через корпус лопастного двигателя к торцевым пластинам, а затем к открытым отверстиям в форме почки, где он входит в пазы ротора и прижимает лопасти к корпусу. Затем воздух проходит в камеру основного двигателя через отверстия, просверленные в роторе, чтобы непосредственно создавать давление на открытые части лопастей и вращать ротор. Нажмите на картинку для увеличения.

Роторно-лопастные двигатели обычно используются в приложениях, требующих выходной мощности от низкой до средней. Простые и компактные лопастные двигатели чаще всего приводят в действие портативные электроинструменты, но, безусловно, они также используются во многих приложениях для смешивания, привода, поворота и вытягивания.

Лопастные двигатели имеют осевые лопасти, вставленные в радиальные пазы, проходящие по всей длине ротора, который установлен эксцентрично относительно отверстия корпуса двигателя, рис. 2. Лопасти смещены для уплотнения к внутренней стенке корпуса с помощью пружин, кулачкового действия. или давление воздуха, в зависимости от исполнения. Этому уплотняющему действию способствует центробежная сила, возникающая при вращении ротора. Крутящий момент создается за счет давления, действующего на одну сторону лопастей. Крутящий момент на выходном валу пропорционален открытой площади лопасти, давлению и плечу момента (радиус от осевой линии ротора до центра открытой лопасти), через которое действует давление.

В многолопастном двигателе крутящий момент можно увеличить на заданной скорости за счет увеличения давления воздуха на входе в двигатель, чтобы увеличить дисбаланс давления на лопастях двигателя. Однако есть компромиссы: увеличение давления воздуха на входе увеличивает затраты на подачу воздуха и, как правило, приводит к более быстрому износу и сокращению срока службы лопастей.

Выходная мощность при заданной скорости определяет расход воздуха. Небольшой двигатель мощностью 1 л.с., работающий при 2000 об/мин с использованием воздуха под давлением 80 фунтов на квадратный дюйм, потребляет такой же объем сжатого воздуха, как и более крупный пневматический двигатель мощностью 1 л.с. при 2000 об/мин, использующий воздух при более низком и более экономичном давлении.

Роторно-лопастные пневматические двигатели доступны с количеством лопастей от трех до десяти. Увеличение количества лопастей уменьшает внутреннюю утечку или прорыв газов и делает выходной крутящий момент более равномерным и надежным на более низких скоростях. Однако большее количество лопастей увеличивает трение, стоимость двигателя и снижает эффективность.

Если в конструкции с 3 лопастями одна лопасть застревает в убранном положении, это может предотвратить запуск пневматического двигателя под нагрузкой. Подпружинивание лопастей к стенке корпуса, подача сжатого воздуха к основанию лопастей или кулачковое основание лопасти предотвращают эту проблему, как и использование двигателя с четырьмя или более лопастями.

Лопастные двигатели работают со скоростью вращения ротора от 100 до 25 000 об/мин — в зависимости от диаметра корпуса — и обеспечивают большую мощность на фунт, чем поршневые пневматические двигатели. Поскольку лопасти скользят по стенке корпуса, многим лопастным двигателям требуется воздух со смазкой, особенно если за короткими рабочими циклами следуют длительные периоды бездействия. Тем не менее, все больше и больше двигателей по-прежнему проектируются для работы на несмазанном воздухе для критически важных приложений и экологических проблем.

Следует избегать работы неуправляемых лопастных пневматических двигателей без нагрузки на высокой скорости. Когда многолопастной двигатель работает нерегулируемым образом без нагрузки, его высокая скорость может нагревать и обугливать кончики лопастей, когда они трутся о стенки цилиндра. Также следует ожидать чрезмерного износа и повреждения других деталей двигателя.

Пневматические двигатели крыльчатого типа доступны в четырех основных монтажных конфигурациях: основание, торец, ступица и фланец NEMA. Модели с базовым креплением просто крепятся болтами к основанию, а груз передается с ременным приводом или напрямую. Торцевые и ступичные крепления используются, когда двигатель необходимо установить через перегородку или как неотъемлемую часть приводного устройства. Фланцевые крепления NEMA позволяют пневматическим двигателям напрямую заменять электродвигатели на раме NEMA.

Пневмодвигатели Gerotor, рис. 3, обеспечивают высокий крутящий момент на низкой скорости без дополнительной передачи. В сочетании с двухступенчатой орбитально-планетарной передачей героторные силовые элементы обеспечивают крутящий момент на скоростях до 20 об/мин. Эти двигатели хорошо подходят для применения в опасных средах, где требуется относительно высокий крутящий момент в ограниченном пространстве.

Низкоскоростные героторные пневматические двигатели с высоким крутящим моментом могут развивать крутящий момент, превышающий 250 фунт-дюйм. в диапазоне скоростей от 20 до почти 100 об/мин при подаче сжатого воздуха под давлением 90 фунтов на квадратный дюйм. Они рассчитаны на непрерывную работу при давлении подачи до 150 фунтов на квадратный дюйм. Низкая инерция вращения конструкции геротора обеспечивает мгновенный запуск, остановку или изменение направления при переключении клапана, питающего двигатель. Кроме того, конструкция предотвращает движение двигателя по инерции или обратное движение, что устраняет необходимость во внешних тормозах. Как и лопастные двигатели, они гораздо менее чувствительны к монтажной ориентации, чем поршневые двигатели.

КПД пневматического двигателя определяется как отношение фактической выходной мощности к теоретической мощности сжатого воздуха для той степени расширения, при которой работает машина. Турбины преобразуют пневматическую энергию в механическую с эффективностью от 65% до 75%. КПД турбины выше, чем у других пневматических двигателей, потому что не происходит скользящего контакта деталей, вызывающего внутреннее трение. В результате нет необходимости в интенсивной смазке. Отсутствие смазочного масла значительно улучшает характеристики в холодную погоду.

До недавнего времени турбинные пневматические двигатели обычно использовались для приложений, требующих очень высокой скорости и очень низкого пускового момента — наиболее типичными были стоматологические бормашины и стартеры двигателей реактивных самолетов. Однако теперь турбинная технология применяется для запуска малых, средних и больших поршневых двигателей. Турбинная технология предлагает простые, высокоэффективные пневматические пускатели, которые не требуют смазки приточного воздуха, допускают наличие загрязняющих веществ в приточном воздухе и требуют минимального обслуживания. Стартеры турбины включают планетарную передачу, чтобы снизить высокую скорость вращения ротора турбины до нормальной скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Турбинные двигатели относительно компактны и легки для своей мощности. Более высокие передаточные числа — от 9:1 до 20:1 — обеспечивают высокий крутящий момент и универсальность для различных двигателей. Мощность турбины легко изменить, ограничив поток воздуха через двигатель.

Работа турбинного пневматического двигателя включает сопло, которое направляет и дозирует воздух на колесо или ротор турбины. Он изменяет поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью на поток с низким давлением и высокой скоростью. Массовый расход воздуха, проходящего через турбину, определяет ее мощность. Изменение количества форсунок или проходов форсунок пропорционально изменяет выходную мощность. Если стартер с 16 форсунками уменьшить до 8 форсунок, переделанный стартер будет выдавать вдвое меньшую мощность, чем оригинал. Таким образом, в рамках одной и той же базовой конфигурации стартера можно разработать множество моделей с широким диапазоном входного давления, скорости проворачивания и крутящего момента или крутящего момента. Эта возможность в сочетании с различными редукторами позволяет производить недорогие стартеры для самых разных областей применения. Например: для запуска двигателей рабочим объемом от 305 до 23 800 дюймов доступны турбостартеры 9.0088 3 при давлении от 40 до 435 фунтов на кв. дюйм.

Характеристики мощности пневматических двигателей аналогичны характеристикам двигателей постоянного тока с последовательной обмоткой. При постоянном давлении на входе тормозная мощность пневматического двигателя равна нулю при нулевой скорости. Мощность увеличивается с увеличением скорости до тех пор, пока не достигнет пика примерно на 50 % скорости холостого хода (максимальная скорость в условиях холостого хода), рис. 4.

В пиковой точке уменьшение крутящего момента уравновешивает увеличение скорости. Мощность уменьшается до нуля, когда крутящий момент равен нулю, потому что вся мощность всасываемого воздуха используется для нагнетания объема воздуха, необходимого для поддержания этой скорости, через двигатель.

Выходной крутящий момент для пневматического двигателя заданного объема теоретически является функцией перепада давления и константой, зависящей от физических параметров двигателя. Поэтому, независимо от скорости, крутящий момент должен быть постоянным для данного рабочего давления. На самом деле это не так, потому что по мере увеличения расхода воздуха через двигатель потери давления во впускном и выпускном трубопроводах потребляют большую часть подачи. На практике крутящий момент достигает наибольшего значения вскоре после нулевой скорости, рис. 4, и быстро падает, пока не достигает нуля на свободной скорости.

Пусковой крутящий момент — это максимальный крутящий момент, который двигатель может развивать под нагрузкой. Это около 75% крутящего момента. Для запуска пневматического двигателя требуется больший крутящий момент, чем для поддержания его работы. Не путайте пусковой и пусковой моменты. Если нагрузка пневматического двигателя превышает его пусковой момент, двигатель не запустится.

Максимальный крутящий момент пневматического двигателя примерно в два раза превышает крутящий момент при номинальной мощности и может быть определен на основе информации о мощности и скорости, приведенной в документации производителей. Соотношение между крутящим моментом и номинальной мощностью:

Поскольку крутящий момент при остановке примерно вдвое превышает крутящий момент при номинальной мощности, если n равно 525 об/мин, а P равно 0,03 л.с., то T равно 3 футо-фунтам, а начальный крутящий момент равен 2,25 футо-фунтам.

Номинальная мощность обычно относится к максимальной мощности при давлении 90 psi. Хотя пневматические двигатели обычно могут работать при давлении на входе от 20 до 150 фунтов на квадратный дюйм, обычная практика ограничивает рабочее давление от 30 до 100 фунтов на квадратный дюйм.

Чтобы сравнить двигатели, рассчитанные на разное давление на входе, используйте следующее эмпирическое правило: уменьшайте мощность на 14 % на каждые 10 фунтов на квадратный дюйм снижения давления воздуха. И наоборот, снижение давления воздуха на 10 фунтов на квадратный дюйм снизит эффективность двигателя на 14%. Очевидно, что эта взаимосвязь напрямую влияет на производительность. Опять же, это всего лишь эмпирическое правило, которое не применимо точно к какой-либо конкретной модели двигателя.

Обязательно измерьте давление подачи на входе двигателя . Недостаточно определить, что есть 9Давление подачи 0 фунтов на квадратный дюйм в компрессоре — потери в линии обычно снижают это давление до того, как оно достигнет пневматического двигателя. На входе двигателя должно быть 90 фунтов на квадратный дюйм, чтобы двигатель работал с номинальным крутящим моментом и мощностью в лошадиных силах.

Управление давлением воздуха, подаваемого на двигатель, является самым простым и эффективным методом изменения рабочих характеристик двигателя. И наоборот, неподдержание требуемого давления подачи на входе в двигатель, безусловно, ухудшает рабочие характеристики.

Скорость холостого хода — максимальная скорость двигателя на холостом ходу. Для регулируемого двигателя термин «свободная скорость» фактически означает свободно регулируемую скорость или максимальную скорость, с которой двигатель будет работать при работе регулятора.

Расчетная скорость – это скорость, при которой достигается номинальная мощность в лошадиных силах. Это примерно половина скорости свободного хода неуправляемого двигателя и 80% скорости свободного хода управляемого двигателя. Пневматический двигатель работает наиболее эффективно на расчетной скорости.

Поскольку пневматические двигатели представляют собой устройства постоянного рабочего объема, их скорость теоретически прямо пропорциональна расходу воздуха. Это верно, если утечки нет, но утечка, безусловно, влияет на скорость двигателя. Утечка увеличивается с давлением и почти постоянна при любом заданном давлении. Таким образом, при фиксированной скорости потребление воздуха увеличивается по мере увеличения давления подачи; на низких скоростях гораздо большая часть общего потока теряется из-за утечек.

Типичная кривая производительности пневматического двигателя, рис. 5, показывает, что дополнительное приращение потока на оборот в минуту почти постоянно. Обратите внимание, однако, что общий расход за оборот уменьшается с увеличением скорости. Утечка также немного уменьшается по мере увеличения скорости, потому что для утечки остается меньше времени.

Когда нагрузка на пневматический двигатель увеличивается, скорость уменьшается до тех пор, пока крутящий момент двигателя не будет соответствовать требованиям нагрузки. Открытие дроссельной заслонки двигателя для увеличения давления воздуха на входе может разогнать двигатель до номинальной скорости.

Рис. 6. Три двигателя с одинаковой максимальной мощностью, но с разными характеристиками крутящего момента, могут демонстрировать существенно разные скорости при различных нагрузках. Нажмите на картинку для увеличения.

Для приложений с переменными нагрузками основное внимание уделяется тому, может ли двигатель обеспечить достаточную мощность для всех условий эксплуатации. Двигатели с одинаковой максимальной мощностью, но с разными характеристиками крутящего момента, могут иметь существенные различия в скорости в зависимости от нагрузки, рис. 6. С другой стороны, если вы хотите уменьшить изменение скорости при изменении нагрузки, выберите двигатель с крутой кривой крутящего момента. , рис. 7. Это связано с тем, что чем круче кривая крутящего момента, тем меньше скорость изменяется с нагрузкой.

Рис. 7. Двигатель с крутой кривой крутящего момента менее чувствителен к падению скорости из-за более высокой нагрузки, чем двигатель с более плоской кривой. Редуктор снижает влияние нагрузки за счет увеличения наклона кривой крутящего момента. Нажмите на картинку для увеличения.

Влияние нагрузки можно уменьшить, установив редуктор между двигателем и нагрузкой. Это снижает выходную скорость при сохранении той же мощности для увеличения наклона кривой крутящего момента. Помните, что максимальная мощность обычно возникает при 50% скорости холостого хода, поэтому снижение скорости холостого хода также снижает расчетную скорость, рис. 6. Редуктор также снижает эффективность.

Еще одно хорошее эмпирическое правило заключается в выборе пневматического двигателя, который обеспечивает требуемую мощность и крутящий момент при примерно 2/3 доступного давления подачи воздуха. Полное линейное давление может быть использовано для пуска и перегрузок.

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

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.

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.

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.0003

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.

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.

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.

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.

Одним из важнейших соображений, которые следует учитывать при выборе пневматического двигателя 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.

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.

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

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.

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.

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.

Во многих случаях более простой и безопасной альтернативой 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 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 покрасочных цехов, приводы конвейеров, системы намотки и размотки, устройства для натяжения катушек для погружных кабелей и шлангов на нефтяных месторождениях, 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.

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.

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.

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.

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. 0 — с высокоточной управляемостью (с использованием обратной связи от пневматических или электронных датчиков) и, таким образом, обеспечивают возможность подключения к современным средствам дистанционного мониторинга и управления.

Рубрики: ТЕХНОЛОГИИ + ПРОДУКТЫ, Производство, Шестерни • редукторы • редукторы скорости, Пневматическое оборудование + компоненты оценить новую технологию выпаривания для клиента. Однако кое-что еще привлекло мое внимание, когда я гулял по объекту. Все насосы приводились в движение сжатым воздухом с помощью так называемых «воздушных двигателей». Я слышал о пневматических приводах, но никогда раньше их не видел, поэтому спросил о них начальника. Будучи «энергичным парнем», я задал очевидный вопрос: «Насколько они эффективны?»

Оглядываясь назад, мой вопрос, вероятно, был несправедлив — или, по крайней мере, моя интерпретация его ответа была несправедливой. Задача начальника заключалась в том, чтобы обеспечить бесперебойную работу завода. Пневматические насосы были удобны, безопасны и надежны. Они соответствовали его критериям, поэтому с его точки зрения они были «эффективными». Однако я склонен смотреть на вещи с точки зрения использования энергии. Мне было трудно понять, как они могут быть «эффективными» в этом смысле, поэтому я провел небольшое исследование.

Наиболее широко сжатый воздух на нефтеперерабатывающих и химических заводах используется для привода приводов клапанов. Другие основные области применения, которые я видел, — это пневматические конвейеры и упаковочные машины. Пневматические инструменты различных типов очень распространены в дискретном производстве, например в автомобилестроении; Также существуют знакомые применения в повседневной жизни, такие как отбойные молотки, пневматические домкраты и воздушные компрессоры для накачивания шин.

В некоторых случаях отдельные элементы пневматического оборудования могут быть энергоэффективными, если рассматривать их изолированно. Однако для их правильной оценки мы должны рассматривать всю пневматическую систему, а не только отдельный элемент оборудования. Для этого мы используем концепцию каскадной эффективности, которую я обсуждал в предыдущей статье («Присмотритесь к каскадной эффективности», март 2020 г.) 9.0003

Вернемся к пневматическим двигателям насосов на пилотной установке, о которой я упоминал ранее, и рассмотрим поддерживающую их систему. Нам нужны компрессоры для производства сжатого воздуха. Электродвигатели приводят компрессоры в движение. Затем сжатый воздух распределяется и подается к пневматическим двигателям, которые передают мощность на валы насосов. Каждая стадия в этой операции несет потери и, следовательно, имеет КПД менее 100%. Но становится хуже. Перепроизводство сжатого воздуха и сброс излишков часто регулируют рабочее давление в системах сжатого воздуха. Это вентиляционное отверстие представляет собой пустую трату мощности компрессора. Кроме того, большинство систем сжатого воздуха теряют большое количество воздуха из-за утечек. Кроме того, всегда существуют потери давления воздуха; они уменьшают подаваемую мощность на единицу воздушного потока. Трение в трубопроводе или частично забитые фильтры, а иногда и регуляторы давления, используемые для контроля давления в различных частях системы, могут вызывать потери давления воздуха. Следующий каскадный расчет с ориентировочными значениями для каждой неэффективности дает приблизительное представление о совокупном эффекте этих потерь.

Использование электродвигателей для непосредственного привода насосов пилотной установки могло бы обеспечить такую же мощность на валу при КПД электродвигателя 95 %. Вместо этого выбор пневматических двигателей увеличивает потребность в электроэнергии в 95/30 раз, или почти в 3,2 раза. Некоторые опубликованные примеры указывают на еще более низкую эффективность варианта со сжатым воздухом — см. , например, Alan Rossiter & Beth Jones, «Energy Management and Efficiency for the Process Industries», AIChE/John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, 2015, Глава 22.

Существуют некоторые возможности повышения эффективности системы сжатого воздуха. Например, установка более совершенных систем управления, снижение давления в системе и усиление технического обслуживания для уменьшения утечек и сведения к минимуму перепадов давления на фильтрах могут способствовать экономии средств при эксплуатации. Первоначальный выбор более эффективного оборудования (компрессоры, воздушные двигатели и т. д.) или модернизация существующего оборудования также может повысить эффективность.

Пневматические устройства часто обеспечивают безопасное, удобное и надежное обслуживание; для многих применений они являются правильным выбором. Однако сжатый воздух является очень неэффективным средством подачи энергии; во многих случаях лучшим вариантом является замена пневматического оборудования электрическими аналогами или альтернативными технологиями.

Алан Росситер имеет более чем 35-летний опыт работы в области проектирования и управления технологическими процессами, в том числе восемь лет в области технической поддержки предприятий, проектирования и исследований в Imperial Chemical Industries (ICI, Соединенное Королевство) и девять лет в области энергоэффективности и минимизации отходов. консультировался с Linnhoff March, прежде чем начать свой собственный бизнес. В 2019 году он присоединился к Хьюстонскому университету в качестве исполнительного директора по внешним связям UH Energy. Он дипломированный инженер (Великобритания) и зарегистрированный профессиональный инженер в штате Техас. Его последняя книга «Управление энергопотреблением и эффективность в перерабатывающих отраслях», написанная в соавторстве с Бет Джонс, была опубликована издательством John Wiley & Sons в 2015 году. Айше.

Конечные пользователи часто не понимают всех факторов, которые следует учитывать при принятии решения об использовании пневматического двигателя или электрического двигателя в конфигурации смесителя. В то время как тип двигателя миксера в значительной степени определяется заводской средой, значение учета нескольких важных факторов является существенным, если тщательно понять каждый аспект.

Правильное понимание крутящего момента, энергоэффективности, регулируемой скорости, среды смешивания и веса смесителя является важным и ценным фактором, который необходимо обсудить при выборе соответствующего двигателя. В реальном примере наши инженеры использовали эти факторы, работая с ведущим производителем автомобилей, и решение внести массовые изменения в их производственную среду не только повысило производительность завода, но и повысило эффективность и, в конечном итоге, снизило эксплуатационные расходы.

При выборе и расчете размера миксера для конкретного применения основное внимание уделяется размеру и типу двигателя, необходимому для обеспечения необходимой выходной мощности и крутящего момента для достижения желаемого результата. Другие факторы, которые следует учитывать, включают эффективность двигателя в пределах заводской среды. Прежде чем принимать окончательное решение, необходимо принять во внимание следующие моменты:

Пневматические двигатели имеют явное преимущество в этой области, поскольку они динамически загружают крутящий момент. По сути, пневматический двигатель регулирует выходной крутящий момент в соответствии с необходимыми требованиями к крутящему моменту приложения.

Самый распространенный пневмодвигатель, указанный Dynamix, — это роторно-лопастной двигатель. Роторно-лопастные двигатели имеют простую конструкцию и обычно доступны в небольших размерах от 1/10 до 10 л.с. с максимальным рабочим давлением 100 фунтов на квадратный дюйм. Этот тип пневматического двигателя использует накопленную энергию в виде сжатого воздуха, который поступает в герметичную камеру двигателя и оказывает давление на лопасти ротора. Это действие заставляет ротор вращаться с высокой скоростью.

Сжимаемость воздуха является ключом к динамической крутящей нагрузке, доступной через роторно-лопастной двигатель. Поскольку смесителю противостоит вязкость жидкости, лопасти замедляются, сжимая воздух. Это сжатие увеличивает прилагаемый крутящий момент. Двигатель продолжает обеспечивать повышенный крутящий момент до тех пор, пока не остановится, а затем поддерживает свое остановленное состояние, не повреждая двигатель. По мере уменьшения нагрузки пневматический двигатель будет увеличивать скорость и уменьшать крутящий момент в соответствии с нагрузкой.

Электродвигатель рассчитан на постоянную работу с заданной скоростью. Если двигатель перегружен, произойдет одно из двух; либо прерыватель разгрузит нагрузку, либо двигатель преждевременно выйдет из строя и потребует замены. Когда пневматический двигатель перегружен, давление будет просто увеличиваться до тех пор, пока он не выйдет из строя, что не повредит его двигателю.

Самый большой недостаток пневматических двигателей заключается в том, что они менее эффективны, чем их электрические аналоги. Это видно из того факта, что электрический двигатель приводит в действие воздушный компрессор, который подает воздух для привода воздушного двигателя. Подводимая энергия (давление воздуха) теряется в различных точках труб, колен и фитингов, что может снизить эффективность системы до менее чем 20% по сравнению с электродвигателем с прямым приводом.

В дополнение к снижению эффективности необходимо также учитывать разницу в стоимости эксплуатации пневматического двигателя и электродвигателя. При эксплуатации блока того же размера в течение 5000 часов в год при стоимости электроэнергии 0,05 долл. США/кВтч, эксплуатация пневматического двигателя будет стоить на 1300 долл. США в год больше.

Одним из преимуществ пневматических двигателей является то, что они могут достигать переменной скорости путем регулировки клапана управления подачей воздуха. С электродвигателем доступны варианты управления переменной скоростью, но они существенно увеличивают цену предлагаемого двигателя.

При этом управление переменной скоростью не следует рассматривать как замену правильному подбору смесителя, и его следует использовать только тогда, когда это требуется приложением или процессом. Когда миксер правильно оптимизирован для конкретного продукта, результаты будут предсказуемыми и оптимальными. Ничто не заменит правильное проектирование и дизайн.

Пневмодвигатели по своей конструкции не искробезопасны, поскольку в качестве источника энергии они используют сжатый воздух. Помимо того, что они являются гораздо более экономичным вариантом, чем их взрывозащищенные электрические аналоги, они также могут безопасно работать во влажной или агрессивной среде.

Электрические взрывозащищенные двигатели имеют плотную посадку между сопрягаемыми деталями для обеспечения целостности взрывозащищенного корпуса. Это может привести к накоплению влаги внутри двигателей из-за конденсации. Следует соблюдать осторожность при выборе взрывозащищенного электродвигателя, особенно при установке на открытом воздухе и в повторно-кратковременном режиме.

Вес миксера в значительной степени определяется двигателем. Это особенно важно для портативных микшеров, таких как наш DMX Серии и ITM Серии миксеров, потому что они часто предназначены для подъема и переноса в различные места на предприятии. Пневматические двигатели легче, чем их электрические аналоги.

Пневматические двигатели также развивают большую мощность на фунт и кубический дюйм, чем большинство электродвигателей стандартной конструкции. Опять же, это во многом связано с тем, что мощность на самом деле не вырабатывается пневматическим двигателем. Таким образом, электродвигатели в дробном диапазоне л.с. могут быть на 10 фунтов тяжелее воздушного эквивалента.

КПД пневматического двигателя определяется как отношение фактической выходной мощности к теоретической мощности, получаемой от сжатого воздуха, при той степени расширения, при которой работает машина. Турбины преобразуют пневматическую энергию в механическую с эффективностью от 65% до 75%.

Определите требуемую мощность двигателя Базовую мощность можно рассчитать по установленной формуле: P = M x n / 9550. Здесь P — выходная мощность в кВт, M — номинальный крутящий момент в Нм, а n — номинальная скорость в об/мин.

Эти лопасти работают за счет герметизации внутренних камер с помощью пружин, кулачкового механизма или давления воздуха, в зависимости от типа лопастного двигателя. Давление сжатого воздуха во внутренних камерах действует на лопатки, заставляя их вращаться. Двигатель вращается, когда вращаются лопасти, и сжатый воздух перемещается из камеры в камеру.

Двигатели с воздушными лопастями состоят из цилиндра (называемого статором), содержащего эксцентриковый ротор, закрытый с обоих концов. Пространство между статором и ротором имеет форму почки. Ротор имеет канавки, в которых лопасти могут свободно перемещаться.

15 сентября 2004 г. Нет другого двигателя с такой же эффективностью, как роторный воздушный двигатель Di Pietro. Он на 100% более эффективен, чем любой другой пневматический двигатель, созданный на сегодняшний день, а его высокий крутящий момент делает его первым пневматическим двигателем, подходящим для мобильного применения.

Как правило, скорость пневматического двигателя падает при увеличении нагрузки. С другой стороны, мощность двигателя увеличивается с увеличением нагрузки. Как правило, всегда старайтесь выбирать размер двигателя таким образом, чтобы он работал на 40-50% скорости холостого хода.

Крутящий момент — это сила вращения, которая рассчитывается как сила (F), умноженная на длину (l) рычага. Мощность, которую производит пневматический двигатель, является просто произведением крутящего момента и скорости. Пневматические двигатели создают характеристическую кривую мощности, при этом максимальная мощность возникает примерно при 50% скорости холостого хода.

Стандартный пневматический двигатель Наиболее важным этапом технического обслуживания является обеспечение хорошей смазки пневматического двигателя с использованием продуктов, специально адаптированных к потребностям пневматических двигателей. Воздушная смазка помогает защитить лезвия, а смазка внутри коробки передач защищает шестерни.

Гидравлические двигатели преобразуют давление жидкости во вращательное движение. Жидкость под давлением из гидравлического насоса вращает выходной вал двигателя, нажимая на шестерни, поршни или лопасти гидравлического двигателя. Большинство гидравлических двигателей должны работать в условиях реверсивного вращения и торможения.

Двигатели с серповидным редуктором имеют маленькую шестерню внутри большей, с фиксированным серповидным элементом между шестернями. Зубья шестерни плотно прилегают к полумесяцу. Эти двигатели развивают скорость до 5000 об/мин, работая при максимальном давлении 500 фунтов на квадратный дюйм. Лопастные двигатели используются как для пневматического, так и для гидравлического привода.

Пневматические двигатели очень универсальны – скорость можно регулировать, изменяя объем подачи воздуха в соответствии с вашими потребностями; что касается крутящего момента и мощности, то их можно регулировать, изменяя давление воздуха.

PL-68 специально рекомендуется для лопастей двигателей, используемых в пневматических двигателях, стартовых двигателях и небольших пневматических инструментах. ПК-50Н представляет собой композиционную ткань из арамидного волокна, скрепленную высокотемпературной фенольной смолой. Обладает отличной механической прочностью при повышенных температурах в неблагоприятных условиях окружающей среды.

C2 = 448,39 Всего требуется 128,39 кубических футов в минуту, чтобы поднять давление в системе до желаемого уровня. Простая формула энергии: КПД двигателя = Стоимость за кВт X 0,746 (коэффициент мощности) X Часы работы X Тормозная мощность *Примечание: Ни один электродвигатель не имеет 100% КПД, большинство из них в среднем имеет КПД 9Эффективность 2-95%. ПСИ VS.

Мощность, которую производит пневматический двигатель, является просто произведением крутящего момента и скорости. Пневматические двигатели создают характеристическую кривую мощности, при этом максимальная мощность возникает примерно при 50% скорости холостого хода. Крутящий момент, создаваемый в этой точке, часто называют «крутящим моментом при максимальном выходе».

Коэффициент полезного действия (КПД) насосов

Формула

Расчет КПД

Механический КПД

Гидравлический КПД

КПД промышленных насосов

Центробежный насос

Насос с магнитной муфтой

Винтовой насос

Импеллерный насос

Мембранно-пневматический насос

Вывод

Реверсивный пневматический двигатель

Пневмо двигатели в СЛА, возможность применения | Страница 2

Степаныч

Старейший участник

Varan

Старейший участник

Степаныч

Старейший участник

Varan

Старейший участник

Степаныч

Старейший участник

Varan

Старейший участник

Степаныч

Старейший участник

Varan

Старейший участник

Степаныч

Старейший участник

Юрий К

Подлетываю иногда

_Alex_

Я люблю этот Форум!

_Alex_

Я люблю этот Форум!

Varan

Старейший участник

_Alex_

Я люблю этот Форум!

Varan

Старейший участник

_Alex_

Я люблю этот Форум!

Степаныч

Старейший участник

Юрий К

Подлетываю иногда

henryk

Я люблю строить самолеты!

Varan

Старейший участник

Двигатель на сжатом воздухе чертежи.

Двигатели работающие на сжатом воздухе.

Пневматический двигатель Николая Пустынского.

Перспективы автомобилей с двигателями на сжатом воздухе.

Преимущества воздуха

Пневматика XXI века

Сразу в серию?

На двух колесах

Корпорации на старте

Индийская фирма Tata Motors готовится запустить в серийное производство небольшой городской автомобиль Tata AIRPOD, двигатель которого работает на сжатом воздухе.

Все это делает двигатель дорогим, ненадежным, недолговечным и непрактичным. Я уже не говорю о том, что выхлопные газы отравляют воздух и окружающую среду.

Вернемся, однако, к нашим пневмомобилям.

Автомобили, работающие на сжатом воздухе.

Пневмопривод, за и против. Выводы, сделанные на основе работы наших специалистов

Мембранный пневмодвигатель

Транспортные средства на сжатом воздухе

Содержание

Технологии

Двигатели

Баллоны

Сжатый воздух

Выбросы отходов

История

Преимущества

Недостатки

Возможные улучшения