Вакуумный двигатель - Vacuum engine

Анимация вакуумного двигателя
Фото пламегасителя

А вакуумный двигатель (также называемый пламегаситель, пламегаситель, танцор пламени) черпает свою силу из давление воздуха против одной стороны поршня, который имеет частичный вакуум с другой стороны. В начале хода клапана в головке цилиндра открывается и впускает заряд горючего газа и воздуха, который захватывается закрытием клапана и расширяется. Ближе к концу хода заряд входит в контакт с охлаждаемой водой или воздухом частью цилиндра и охлаждается, вызывая внезапное падение давления, достаточное для всасывания поршня, который открыт в сторону кривошипа, обратно на обратном пути Инсульт. Клапан открывается снова вовремя, чтобы поршень вытеснил сгоревшие газы до того, как начнется следующий ход.

История

Основная статья: История двигателя внутреннего сгорания

Некоторые ранние газовые двигатели работал по принципу «вакуума» или «атмосферы» аналогично Паровая машина Ньюкомена. Смесь газа и воздуха была втянута в цилиндр и воспламенена; смесь расширилась и часть ее улетела через выпускной клапан; затем клапан закрывается, смесь охлаждается и сжимается, и атмосферное давление толкает поршень внутрь. Такие двигатели были очень неэффективными и были заменены двигателями, работающими на Цикл Отто.

Вакуумный мотор

В вакуумном двигателе частичный вакуум создается внешним насосом. Эти двигатели обычно использовались для питания железнодорожные поворотные платформы в Великобритания, используя вакуум, создаваемый паровоз с вакуумный тормоз выталкиватель. Принцип работы похож на паровой двигатель - в обоих случаях мощность извлекается из разницы давлений.[я]

Небольшие вакуумные двигатели также использовались для работы дворники в автомобили. В этом случае двигатели питались от коллекторный вакуум. Такое расположение было не очень удовлетворительным, потому что если бы дроссель были широко открыты, дворники тормозили или даже останавливались. В современных автомобилях используются дворники с электроприводом. Современные автомобили все еще используют своего рода вакуумный двигатель, однако вакуумный сервопривод. Тормоза приводятся в действие гидравлической системой, но они используют «вакуумный двигатель» для усиления силы, создаваемой водителем. Маленькие вакуумные двигатели также использовались с конца 1960-х годов для управления сервомеханизмы например дверные замки,[ii] управление нагревателем[iii] или подвижные вентиляционные заслонки капота.[iv]

Можно сказать, что глобальная промышленная революция возникла из-за «вакуумного двигателя», потому что все первые паровые машины, особенно новаторские двигатели Бултона и Ватта, работали с паром почти атмосферного давления. Вы можете легко создать демонстрационный вакуумный двигатель, используя маховик, простые детали водопровода и несколько других простых компонентов, как показывает Нил Дауни в справочнике.

Вакуумная система может использоваться для передачи энергии, хотя максимальная мощность, которая может быть передана на вакуумный двигатель, меньше, чем у обычной пневматики. Как показывает Дауни, оптимальное давление для работы вакуумной системы передачи энергии составляет около 0,4 бара (8 фунтов на кв. Дюйм). Хотя он менее эффективен, чем пневматика, он может быть вполне работоспособным. Например, труба диаметром 22 мм (7/8 дюйма) в вакууме может передавать столько же мощности при давлении 0,4 бара (8 фунтов на кв. Дюйм), сколько труба 6 мм (1/4 дюйма) при давлении 8 бар (100 фунтов на кв. Дюйм). Система достаточно эффективна, чтобы Боултон и Ватт использовали вакуумную передачу энергии на своем заводе. Заводские вакуумные магистрали называли «спиртовой трубкой». [1][2]

Идеальный термодинамический процесс

В отличие от идеального Цикл Отто двигатель, вакуумный двигатель полагается на постоянный источник тепла, обеспечиваемый сжиганием топлива. Как упоминалось выше, клапан позволяет впускать тепло в камеру поршня. Оценка тепла в или Qin является постоянной в пространстве контролируемого объема, уравнение идеального газа PV = nRT означает увеличение давления в поршневой камере. После закрытия клапана поршень претерпевает адиабатический процесс во время хода вниз. Как только поршень достигает нижней точки своего хода, камера охлаждается либо окружающим воздухом, либо водой, и в результате Qout заставляет давление в поршне уменьшаться. Затем система подвергается еще одному адиабатическому сжатию газа в камере, которое впоследствии выпускается клапаном в верхней части хода цилиндра, одновременно позволяя новому нагретому газу войти в камеру.

Одна из основных проблем, с которой столкнулся этот движок при разработке, заключалась в том, что эффективность этой модели была крайне низкой в ​​реальных приложениях. Поскольку источник тепла не ограничен определенной областью, только небольшая часть потенциального топлива потребляется для питания двигателя. Потому что КПД двигателя определяется соотношением между объемом проделанной работы и потенциальной энергией в потребляемом топливе, можно видеть, что в вакуумном двигателе только небольшое количество горящего топлива используется для питания двигателя. Остальная энергия топлива теряется в окружающей атмосфере.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Двигатель похож на паровой двигатель, но не идентичен, поскольку паровые двигатели работают от горячего пара, который также содержит энтальпия в виде тепла.
  2. ^ Мерседес Бенц
  3. ^ Lancia Beta Montecarlo
  4. ^ Dodge Charger


  1. ^ Дауни, Нил А., Взрывающиеся дисковые пушки, слиземобили и 32 других проекта для субботней науки, Балтимор, издательство Университета Джона Хопкинса (2006).
  2. ^ Улыбки, Сэмюэл, Жизни инженеров, Паровоз, Болтон и Ватт, Лондон, Джон Мюррей (1878).

внешняя ссылка