Pneumatisk motor

Victor Tatin -flygplanet från 1879 använde en tryckluftsmotor för framdrivning. Originalhantverk, på Musée de l'Air et de l'Espace .

Den första mekaniskt drivna ubåten , den franska ubåten Plongeur från 1863 , använde en tryckluftsmotor. Musée de la Marine (Rochefort) .

En pneumatisk motor ( luftmotor ), eller tryckluftsmotor , är en typ av motor som utför mekaniskt arbete genom att expandera tryckluft . Pneumatiska motorer omvandlar i allmänhet tryckluftsenergin till mekaniskt arbete genom antingen linjär eller roterande rörelse. Linjär rörelse kan komma från antingen ett membran- eller kolvmanöverdon, medan roterande rörelse tillhandahålls av antingen en luftmotor av skoveltyp, kolvluftmotor, luftturbin eller motor av växeltyp.

Pneumatiska motorer har funnits i många former under de senaste två århundradena, allt från handhållna motorer till motorer på upp till flera hundra hästkrafter. Vissa typer förlitar sig på kolvar och cylindrar; andra på slitsade rotorer med skovlar (vingmotorer) och andra använder turbiner. Många tryckluftsmotorer förbättrar sin prestanda genom att värma den inkommande luften eller själva motorn. Pneumatiska motorer har rönt stor framgång inom handhållna verktygsindustrin, men de används också stationära i ett stort antal industriella tillämpningar. Ständiga försök görs för att utöka deras användning till transportindustrin. Men pneumatiska motorer måste övervinna ineffektivitet innan de ses som ett genomförbart alternativ i transportbranschen.

Klassificering

Linjär

För att uppnå linjär rörelse från tryckluft används oftast ett system av kolvar. Den komprimerade luften matas in i en lufttät kammare som inrymmer kolvens axel. Även inuti denna kammare är en fjäder lindad runt kolvens axel för att hålla kammaren helt öppen när luft inte pumpas in i kammaren. När luft matas in i kammaren börjar kraften på kolvaxeln att övervinna kraften som utövas på fjädern. När mer luft matas in i kammaren ökar trycket och kolven börjar röra sig ner i kammaren. När den når sin maximala längd släpps lufttrycket från kammaren och fjädern fullbordar cykeln genom att stänga av kammaren för att återgå till sitt ursprungliga läge.

Kolvmotorer är de vanligaste i hydrauliska system. I huvudsak är kolvmotorer desamma som hydrauliska motorer förutom att de används för att omvandla hydraulisk energi till mekanisk energi.

Kolvmotorer används ofta i serier av två, tre, fyra, fem eller sex cylindrar som är inneslutna i ett hus. Detta möjliggör att mer kraft kan levereras av kolvarna eftersom flera motorer är synkroniserade med varandra vid vissa tidpunkter av deras cykel.

Den praktiska mekaniska effektiviteten som uppnås med en kolvluftmotor ligger mellan 40%-50%.

Roboten Robothespian med linjära motorer i biceps

Roterande skovelmotorer

Vane-typ-motor

En typ av pneumatisk motor, känd som en roterande skovelmotor, använder luft för att producera rotationsrörelse till en axel. Det roterande elementet är en slitsad rötor som är monterad på en drivaxel. Varje spår på rotorn är försedd med en fritt glidande rektangulär skovel. Skovlarna förlängs till husets väggar med hjälp av fjädrar, kamverkan eller lufttryck, beroende på motorns design. Luft pumpas genom motoringången som trycker på vingarna och skapar den centrala axelns rotationsrörelse. Rotationshastigheterna kan variera mellan 100 och 25 000 rpm beroende på flera faktorer som inkluderar mängden lufttryck vid motorinloppet och diametern på huset.

En applikation för luftmotorer av skoveltyp är att starta stora industriella diesel- eller naturgasmotorer. Lagrad energi i form av tryckluft, kväve eller naturgas kommer in i den förseglade motorkammaren och utövar tryck mot rotorns blad. Detta gör att rotorn roterar med hög hastighet. Eftersom motorns svänghjul kräver ett stort vridmoment för att starta motorn används reduktionsväxlar. Reduktionsväxlar skapar höga vridmomentnivåer med de lägre energimängderna. Dessa reduktionsväxlar tillåter att tillräckligt vridmoment genereras av motorns svänghjul medan det är i ingrepp med kugghjulet på luftmotorn eller luftstartaren.

Turbinmotorer

Luftturbiner snurrar borret i höghastighets dentala handstycken , vid hastigheter över 180 000 rpm, men med begränsat vridmoment . En turbin är tillräckligt liten för att passa i spetsen på ett handstycke utan att öka vikten.

Ansökan

En utbredd tillämpning av pneumatiska motorer är i handhållna verktyg, slagnycklar, pulsverktyg, skruvmejslar, mutterlöpare, borrar, slipmaskiner, slipmaskiner och så vidare. Pneumatiska motorer används också stationära i ett stort antal industriella tillämpningar. Även om den totala energieffektiviteten för pneumatiska verktyg är låg och de kräver tillgång till en tryckluftskälla, finns det flera fördelar jämfört med elektriska verktyg. De erbjuder större effekttäthet (en mindre pneumatisk motor kan ge samma mängd kraft som en större elmotor), kräver ingen extra hastighetsregulator (för att öka dess kompakthet), genererar mindre värme och kan användas i mer flyktiga atmosfärer eftersom de inte kräver elektrisk kraft och inte skapar gnistor. De kan belastas för att stoppa med fullt vridmoment utan skador. Verkningsgraden hos en roterande kolvmotor är starkt beroende av mekaniska energiförluster. Värdet av mekaniska förluster kan enligt olika uppskattningar vara 20 % av den energi som tillförs motorn.

Historiskt har många individer försökt använda pneumatiska motorer till transportindustrin. Guy Negre, VD och grundare av Zero Pollution Motors, har varit pionjär inom detta område sedan slutet av 1980-talet. Nyligen har Engineair också utvecklat en roterande motor för användning i bilar. Engineair placerar motorn omedelbart bredvid fordonets hjul och använder inga mellanliggande delar för att överföra rörelse, vilket innebär att nästan all motorns energi används för att rotera hjulet.

Historia inom transport

Den pneumatiska motorn användes först på transportområdet i mitten av 1800-talet. Även om lite är känt om det första inspelade tryckluftsfordonet, sägs det att fransmännen Andraud och Tessie från Motay körde en bil som drivs av en pneumatisk motor på en testbana i Chaillot, Frankrike, den 9 juli 1840. Även om bilen testet rapporterades ha varit framgångsrikt, paret utforskade inte ytterligare expansion av designen.

Den första framgångsrika tillämpningen av den pneumatiska motorn i transporter var Mekarski-systemets luftmotor som användes i lokomotiv. Mekarskis innovativa motor övervann kylning som åtföljer luftexpansion genom att värma luft i en liten panna före användning. Spårvägen de Nantes , som ligger i Nantes, Frankrike, var känd för att vara den första att använda Mekarski-motorer för att driva sin flotta av lokomotiv. Spårvägen började fungera den 13 december 1879 och fortsätter att fungera idag, även om de pneumatiska spårvagnarna ersattes 1917 av effektivare och modernare elektriska spårvagnar.

Amerikanen Charles Hodges fann också framgång med pneumatiska motorer inom lokomotivindustrin. 1911 designade han ett pneumatiskt lokomotiv och sålde patentet till HK Porter Company i Pittsburgh för användning i kolgruvor. Eftersom pneumatiska motorer inte använder förbränning var de ett mycket säkrare alternativ i kolindustrin.

Många företag hävdar att de utvecklar tryckluftsbilar , men ingen är faktiskt tillgänglig för köp eller ens oberoende testning.

Verktyg

Slagnycklar , pulsverktyg, momentnycklar , skruvmejslar , borrar , slipmaskiner , slipmaskiner , slipmaskiner , tandborrar , däckväxlare och andra pneumatiska verktyg använder en mängd olika luftmotorer . Dessa inkluderar skovelmotorer, turbiner och kolvmotorer.

Torpeder

Mest framgångsrika tidiga former av självgående torpeder använde högtryckstryckluft , även om detta ersattes av interna eller externa förbränningsmotorer, ångmotorer (drivna av den katalytiska nedbrytningen av väteperoxid) eller elmotorer.

Järnvägar

Tryckluftsmotorer användes i spårvagnar och shuntrar och hittade så småningom en framgångsrik nisch inom gruvlokomotiv, även om de till slut ersattes av elektriska tåg, underjordiska. Under årens lopp ökade konstruktionerna i komplexitet, vilket resulterade i en trippelexpansionsmotor med luft-till-luft eftervärmare mellan varje steg. För mer information se Fireless lokomotiv och Mekarski system .

• 

  Mekarski tryckluftsspårvagn, 1875

• 

  Pneumatiskt lok med bifogad tryckbehållare användes under byggandet av Gotthard Rail Tunnel 1872-1880.

• 

  Ett tryckluftslok av HK Porter, Inc., som användes vid Homestake Mine , South Dakota, mellan 1928 och 1961

Flyg

Vattenraketer använder tryckluft för att driva sin vattenstråle och generera dragkraft, de används som leksaker.

Air Hogs , ett leksaksmärke, använder också tryckluft för att driva kolvmotorer i leksaksflygplan (och vissa andra leksaksfordon).

Bil

Huvudartikel: Tryckluftsfordon

Det finns för närvarande ett visst intresse för att utveckla flygbilar . Flera motorer har föreslagits för dessa, även om ingen har visat den prestanda och långa livslängd som krävs för personlig transport.

Energin

Energine Corporation var ett sydkoreanskt företag som påstod sig leverera färdigmonterade bilar som körde på en hybrid trycklufts- och elmotor. Tryckluftsmotorn används för att aktivera en generator , vilket utökar bilens autonoma driftkapacitet. VD:n greps för bedrägligt marknadsföring av luftmotorer med falska påståenden.

EngineAir

EngineAir, ett australiensiskt företag, tillverkar en roterande motor som drivs av tryckluft, kallad Di Pietro-motorn . Di Pietro-motorkonceptet är baserat på en roterande kolv. Till skillnad från befintliga roterande motorer använder Di Pietro-motorn en enkel cylindrisk roterande kolv (axeldrivare) som rullar, med liten friktion, inuti den cylindriska statorn.

Den kan användas i båtar, bilar, lastbärare och andra fordon. Endast 1 psi (≈ 6,8 kPa ) tryck behövs för att övervinna friktionen. Motorn var också med i ABC:s New Inventors-program i Australien den 24 mars 2004.

K'Airmobiles

K'Airmobiles fordon var tänkta att kommersialiseras från ett projekt som utvecklades i Frankrike 2006-2007 av en liten grupp forskare. Projektet har dock inte lyckats samla in nödvändiga medel.

Människor bör notera att teamet under tiden har insett den fysiska omöjligheten att använda ombord lagrad tryckluft på grund av dess dåliga energikapacitet och de termiska förlusterna till följd av gasens expansion.

Nuförtiden, med hjälp av den patentsökta 'K'Air Generator', omvandlad till att fungera som en komprimerad gasmotor, bör projektet lanseras 2010, tack vare en nordamerikansk grupp investerare, men i syfte att först utveckla en grön energi kraftsystem.

MDI

Huvudartikel: Motor Development International

I den ursprungliga Nègre -luftmotorn komprimerar en kolv luft från atmosfären för att blandas med den lagrade tryckluften (som kommer att svalna drastiskt när den expanderar). Denna blandning driver den andra kolven och tillhandahåller den faktiska motoreffekten. MDI:s motor arbetar med konstant vridmoment, och det enda sättet att ändra vridmomentet till hjulen är att använda en remskiva med konstant variation, vilket förlorar en del effektivitet. När fordonet stoppas måste MDI:s motor vara på och fungera, vilket tappade energi. Under 2001-2004 bytte MDI till en design liknande den som beskrivs i Reguscis patent (se nedan), som går tillbaka till 1990.

Det har rapporterats 2008 att den indiska biltillverkaren Tata tittade på en MDI-tryckluftsmotor som ett alternativ på sina lågprisbilar Nano. Tata meddelade 2009 att tryckluftsbilen visade sig vara svår att utveckla på grund av dess låga räckvidd och problem med låga motortemperaturer.

Kvasiturbin

Huvudartikel: Quasiturbine

Den pneumatiska Quasiturbine- motorn är en kolvfri rotationsmotor utan tryckluft som använder en romboidformad rotor vars sidor är gångjärnsförsedda i hörnen.

Quasiturbinen har visat sig vara en pneumatisk motor som använder lagrad tryckluft

Den kan också dra fördel av den energiförstärkning som är möjlig genom att använda tillgänglig extern värme, såsom solenergi .

Quasiturbinen roterar från tryck så lågt som 0,1 atm (1,47 psi).

Eftersom Quasiturbinen är en ren expansionsmotor, medan Wankel och de flesta andra rotationsmotorer inte är det, är den väl lämpad som komprimerad vätskemotor, luftmotor eller luftmotor.

Regusci

Armando Reguscis version av luftmotorn kopplar transmissionssystemet direkt till hjulet och har variabelt vridmoment från noll till maximalt, vilket ökar effektiviteten. Reguscis patent är från 1990.

Team Psycho-Active

Psycho-Active utvecklar ett multibränsle/lufthybridchassi som är tänkt att fungera som grunden för en serie bilar. Påstådd prestanda är 50 hk/liter. Tryckluftsmotorn de använder kallas DBRE eller Ducted Blade Rotary Engine.

Nedlagda luftmotorkonstruktioner

Conger motor

Milton M. Conger patenterade och byggde 1881 en motor som rann av tryckluft eller ånga som använder en flexibel slang som kommer att bilda en kilformad eller lutande vägg eller distans baktill på hjulets tangentiella lager, och driva det med högre eller mindre hastighet beroende på trycket i framdrivningsmediet.

Se även

• Angelo Di Pietro (uppfinnare)
• Energilagring av tryckluft
• Kompressor
• Proes Ericsson cykelmotor ; en variant av en tryckluftsmotor som använder ett bränsle för att komprimera luften som sedan omedelbart sprutas in i motorn
• Chicago Pneumatic
• Simon Ingersoll
• Atlas Copco

externa länkar

• Media relaterade till pneumatisk motor på Wikimedia Commons