Пневматический двигатель
Пневмодвигатель (от греч. pnéuma — дуновение, воздух), пневматический двигатель, пневмомотор — энергосиловая машина, преобразующая энергию сжатого воздуха в механическую работу.
Удельная энергия и эффективность
Описывая максимальную сохраняемую энергию, используя изотермический случай, который составляет примерно 100 кДж / м 3.
Таким образом, если 1,0 м 3 воздуха из атмосферы очень медленно сжимается в 5-литровый балон при 20 МПа (200 бар), запасенная потенциальная энергия составляет 530 кДж. Высокоэффективный пневмодвигатель может преобразовать в кинетическую энергию, если он работает очень медленно и способен расширять воздух от начального давления 20 МПа до 100 кПа (баллон полностью «пустой» при атмосферном давлении). Достижение высокой эффективности является технической проблемой как из-за потерь тепла в окружающую среду, так и из-за не извлекаемого внутреннего тепла газа. Если вышеуказанный баллон опорожняется до давления 1 МПа, извлекаемая энергия на валу двигателя составляет около 300 кДж.
Стандартный стальной баллон объемом 5 л на 20 МПа имеет массу 7,5 кг, улучшенный - 5 кг. Волокна с высокой прочностью на разрыв, такие как углеродное волокно или кевлар, могут весить менее 2 кг в этом размере. Один кубический метр воздуха при 20° C имеет массу 1,204 кг при стандартной температуре и давлении. Таким образом, теоретическая удельная энергия составляет примерно от 70 кДж / кг на валу двигателя для обычного стального баллона и до 180 кДж / кг(50Вт*ч/кг) для улучшенного с кевларовой намоткой, тогда как практически достижимая удельная энергия для тех же сосудов будет от 40 до 100 кДж / кг.
Классификация
По принципу действия обычно различают объёмные и турбинные пневмодвигатели.
По направлению движения — линейные (поршневые, баллонные, мембранные и другие) и поворотные (поршневые и лопастные). Так же пневматический двигатели на ременной передаче.
В объёмных пневмодвигателях механическая работа совершается в результате расширения сжатого воздуха в цилиндрах поршневой машины, в турбинных — в результате воздействия потока воздуха на лопатки турбины (в первом случае используется потенциальная энергия сжатого воздуха, во втором — кинетическая энергия).
Наибольшее распространение получили объёмные пневмодвигатели (поршневые, ротационные и камерные (баллонные)).
Мембранные пневмоцилиндры
Пневматические двигатели, и в частности, пневмоцилиндры, по своему принципу действия идентичны соответствующим гидравлическим двигателям. Одна из разновидностей пневмоцилиндров — мембранные пневмоцилиндры. Мембранные пневмоцилиндры принадлежат к пневмодвигателям с линейным возвратно-поступательным движением выходного звена — штока.
В сравнении с поршневыми пневмоцилиндрами они проще в изготовлении из-за отсутствия точных посадок контактных поверхностей, имеют высокую герметичность рабочей камеры, не требуют смазки и качественной очистки сжатого воздуха. Недостатки этого вида пневмодвигателей: ограниченность длины хода, переменное выходное усилие, зависящее от прогиба мембраны.
Наиболее распространены мембранные пневмоцилиндры одностороннего действия с возвратной пружиной. Используются в оборудовании, где требуются значительные усилия при относительно малых перемещенниях (зажатие, фиксация, переключение, торможение и т. д.).
Применение
Пневмодвигатели применяются в приводах различных пневмоинструментов, обеспечивающих безопасность работы во взрывоопасных местах (со скоплением газа, угольной пыли), в среде с повышенным содержанием влаги.
Источники
- Пневматический двигатель — статья из Большой советской энциклопедии.
- Левин В. И. Профессии сжатого воздуха и вакуума. — М.: Машиностроение, 1989. — 256 с. — 15 000 экз. — ISBN 5-217-00601-3.