공압 모터 (공기 모터) 또는 압축 공기 엔진은 압축 공기를 팽창시켜 기계 작동을하는 일종의 모터입니다. 공압 모터는 일반적으로 선형 또는 회전 운동을 통해 압축 공기 에너지를 기계 작업으로 변환합니다. 직선 운동은 다이아 프램 또는 피스톤 액츄에이터에서 나올 수 있으며 회전 운동은 베인 유형 공기 모터, 피스톤 공기 모터, 공기 터빈 또는 기어 유형 모터에 의해 제공됩니다.
공압 모터는 지난 200 년 동안 핸드 헬드 모터에서 최대 수백 마력의 엔진에 이르기까지 다양한 형태로 존재했습니다. 어떤 종류는 피스톤과 실린더에 의존합니다. 베인 (베인 모터)이 장착 된 슬롯로 터 및 기타 터빈은 터빈을 사용합니다. 많은 압축 공기 엔진은 들어오는 공기 또는 엔진 자체를 가열하여 성능을 향상시킵니다. 공압 모터는 휴대용 공구 산업에서 광범위하게 성공을 거두었지만 광범위한 산업 응용 분야에서도 고정적으로 사용됩니다. 운송 산업에 대한 사용을 확대하기위한 지속적인 시도가 이루어지고 있습니다. 그러나 공압 모터는 운송 산업에서 실행 가능한 옵션으로 간주되기 전에 비 능률을 극복해야합니다.
분류
선의
압축 공기로부터 직선 운동을 얻기 위해서는 피스톤 시스템이 가장 일반적으로 사용됩니다. 압축 공기는 피스톤의 샤프트를 수용하는 기밀 챔버로 공급됩니다. 또한이 챔버 내부에는 공기가 챔버로 펌핑되지 않을 때 챔버를 완전히 열어두기 위해 스프링이 피스톤의 축 주위에 감겨 있습니다. 공기가 챔버로 공급됨에 따라 피스톤 샤프트의 힘이 스프링에 작용하는 힘을 극복하기 시작합니다. 더 많은 공기가 챔버로 공급되면 압력이 증가하고 피스톤이 챔버 아래로 움직이기 시작합니다. 최대 길이에 도달하면 공기 압력이 챔버에서 방출되고 스프링은 챔버를 닫아 원래 위치로 돌아가서 사이클을 완료합니다.
피스톤 모터는 유압 시스템에서 가장 일반적으로 사용됩니다. 기본적으로 피스톤 모터는 유압 에너지를 기계 에너지로 변환하는 데 사용된다는 점을 제외하면 유압 모터와 같습니다.
피스톤 모터는 하우징에 밀폐 된 2, 3, 4, 5 또는 6 개의 실린더로 자주 사용됩니다. 이것은 여러 모터가주기의 특정 시간에 서로 동기화되기 때문에 피스톤에 의해 더 많은 동력이 전달되도록합니다.
이 공압 모터는 공압 실린더 또는로드입니다. 후자에서,로드의 선형 변위는 피스톤의 일면상의 압축 공기의 작용에 의해 얻어지며, 피스톤의 다른면은 일반적으로 대기압에 가까운 낮은 압력에있다. 잭을 사용하면 최대한의 힘을 행사할 수 있습니다.
F = Δp × S
Δp는 피스톤의 두면 사이의 최대 압력 차이고, S는 단면이다.
단일 작동 실린더는 챔버가 하나 뿐이며 초기 위치로의 피스톤 복귀가 스프링에 의해 제공됩니다. 복동 실린더는 피스톤의 양측에 압축 공기가 번갈아 공급되거나 배출되는 두 개의 챔버가 있습니다.
이러한 실린더는 흡입 밸브 및 배기 밸브의 올바른 크기와 압축 공기의 공급을 필요로하는 높은 변위 속도를 얻을 수있게합니다.
선형 변위는 기계 장치에 의해 제한된 각도 회전으로 변형 될 수 있습니다.
회전 날개 모터
로터리 베인 모터로 알려진 공압 모터의 한 유형은 공기를 사용하여 샤프트에 회전 운동을 생성합니다. 회전 요소는 구동 샤프트 상에 장착 된 슬롯 로터 (slotted rotor)이다. 회 전자의 각 슬롯에는 자유롭게 슬라이딩하는 직사각형 베인이 장착되어 있습니다. 베인은 모터 설계에 따라 스프링, 캠 동작 또는 공기 압력을 사용하여 하우징 벽까지 확장됩니다. 공기는 모터 입력을 통해 펌핑되어 베인을 밀어 넣어 중앙 샤프트의 회전 운동을 만듭니다. 회전 속도는 모터 흡입구에서의 공기 압력의 양과 하우징의 직경을 포함하는 몇 가지 요소에 따라 100에서 25,000 rpm까지 다양합니다.
이러한 모터는 진폭이 제한된 축의 회전을 직접 얻기위한 간단한 실린더 또는 전기 모터를 대체 할 수있는 축의 연속 회전을 보장하는 장치, 특히 작동 유연성이 큰 응용 분야, 특히 높은 저속 또는 0에서의 토크. 이 엔진은 터빈 또는 피스톤 일 수 있습니다.
베인 (vane) 형 공기 모터의 한 가지 용도는 대형 산업용 디젤 또는 천연 가스 엔진을 시동하는 것입니다. 압축 공기, 질소 또는 천연 가스의 형태로 저장된 에너지가 밀폐 된 모터 챔버로 들어가고 로터의 베인에 압력을가합니다. 이로 인해 로터가 고속으로 회전합니다. 엔진 플라이휠은 엔진 시동에 많은 토크가 필요하기 때문에 감속 기어가 사용됩니다. 감속 기어는 적은 양의 에너지 입력으로 높은 토크 수준을 만듭니다. 이러한 감속 기어는 공기 모터 또는 공기 시동기의 피니언 기어에 의해 결합되는 동안 엔진 플라이휠에 의해 발생되는 충분한 토크를 허용합니다.
조작
가스 팽창 엔진의 작동은 증기 엔진의 작동과 일치하며, 둘 다 피스톤 엔진에 속한다. 입구 밸브가 열리고 팽창 챔버 (실린더)에 고압 가스가 남습니다. 입구 밸브를 닫은 후 가스는 팽창 끝점까지 팽창합니다. 일반적으로 가스는 식 힙니다. d. H. 온도 자체가 떨어집니다. 대기 온도는 일반적으로 가스의 온도보다 높으며 가스는 전구 벽을 통해 약간의 열을 흡수 할 수 있습니다. 즉 열에너지는 수율을 약간 증가시킵니다 (= 출구 압력 x 압력 가스 볼륨 당 기계적 에너지). 가스는 필요한 잔류 압력으로 출구 밸브를 통해 흐릅니다. 엔진은 단동 또는 복동 피스톤 엔진으로 설계 될 수 있습니다. 저출력 범위에서는 회전식 피스톤도 사용할 수 있습니다.
가스 팽창 엔진에 의해 전달되는 기계적 작업은 단열 팽창 이벤트에서 가스에 저장된 엔탈피로부터 유래한다. 등온 적 완화에서 기계적 작업은 흡수 된 엑서 지 주변에서 증가합니다.
압축 가스에 포함 된 엔탈피를 회전 운동으로 재 형성하는 또 다른 방법으로 베인 모터를 제공합니다.
19 세기 말부터 압력 실린더에서 이산화탄소로 작동되는 가스 팽창 엔진이 건설되었습니다. 이러한 소위 “탄산 엔진”은 예를 들어 항공 사다리의 움직임이었으며 오토 릴리 엔탈 (Otto Lilienthal)은 항공기의 구동 장치로 실험했습니다.
가스 팽창 엔진은 압력 조절기로 사용할 수 있습니다. 대형 가스 팽창 엔진 (> 5 kW)에 대한 적용 분야는 가스 파이프 라인에서 가스를 추출하는 동안의 에너지 회수입니다.
가장 보편적 인 용도는 휴대용 도구를 구동하는 압축 공기로 구동되는 소형 가스 팽창 엔진입니다. 펌프로 작동하는 프리 피스톤 기계의 사용도 비교적 일반적입니다.
원칙적으로, 공압 모터는 차량 구동 소스로도 사용될 수 있지만, 과거에는 압력 탱크가 너무 작은 엔트로피를 운반하기 때문에 전반적인 효율이 너무 낮아 사용이 경제적이지 않았습니다. 어뢰의 경우, 공기 모터가 오래 동안 사용되었습니다.
에어 모터는 지하 광산에서 사용되고 있습니다. 좁은 터널의 지하에서 습하고 먼지가 많은 습한 환경에서 도체 선과 집 전체는 실현하기가 어렵습니다. 특히 석탄 광산에서 가연성 메탄의 배출이 발생합니다. 메탄 및 / 또는 석탄 먼지는 공기와 폭발성 혼합물을 형성하며, 이는 전기 회로에서 발생하는 불꽃으로부터 보호되어야합니다.
1990 년대부터 2002 년까지 에어 드라이브, 에어 카 (Aircar) 또는 공압식 자동차가있는 생산 준비가 된 차량이 있어야한다는 프로젝트 및 발표가있었습니다. 이 발표는 2009 년 이후 OneCat을 제작할 계획이라고 발표 한 룩셈부르크에 본사를 둔 프랑스 회사에 의해 갱신되었습니다. 발표는 실행되지 않았습니다.
신청
공압 모터의 광범위한 적용은 핸드 툴, 임팩트 렌치, 펄스 툴, 스크류 드라이버, 너트 러너, 드릴, 그라인더, 샌더 등이 있습니다. 공압 모터는 또한 다양한 산업 분야에서 고정식으로 사용됩니다. 공압 공구의 전반적인 에너지 효율은 낮지 만 압축 공기 공급원에 대한 접근이 필요하지만 전동 공구에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 그들은보다 큰 동력 밀도 (작은 공압 모터는 더 큰 전기 모터와 동일한 양의 전력을 제공 할 수 있음)를 제공하고, 보조 속도 컨트롤러를 필요로하지 않으며 (컴팩트 화) 열을 덜 생성하며,보다 휘발성이 높은 대기에서 사용될 수 있습니다 그들은 전력을 필요로하지 않고 불꽃을 일으키지 않기 때문에. 손상없이 완전한 토크로 멈출 수 있습니다.
역사적으로 많은 사람들이 공압 모터를 운송 산업에 적용하려했습니다. 제로 오염 모터 (Zero Pollution Motors)의 CEO이자 설립자 인 가이 네그 (Generator)는 1980 년대 후반부터이 분야를 개척했습니다. 최근 Engineair는 자동차 용 회전 모터도 개발했습니다. Engineair는 모터 휠 바로 옆에 모터를 배치하고 중간 부품을 사용하지 않고 모션을 전달하므로 거의 모든 모터 에너지가 휠을 회전시키는 데 사용됩니다.
교통 역사
공압 모터는 19 세기 중반에 운송 분야에 처음 적용되었습니다. 첫 번째 기록 된 압축 공기 차량에 대해 알려진 것은 거의 없지만 1840 년 7 월 9 일 프랑스 인 샤이 오트 (Chaillot)의 시험 트랙에서 공수 모터로 작동하는 프랑스 인 Andraud와 Tessie가 자동차를 운전했다고합니다. 테스트가 성공한 것으로보고되었다, 그 쌍은 디자인의 추가 확장을 모색하지 않았다.
수송에있는 공기 모터의 첫번째 성공적인 신청은 기관차에서 사용 된 Mekarski 체계 공기 엔진이었다. Mekarski의 혁신적인 엔진은 사용하기 전에 작은 보일러에서 공기를 가열하여 공기 팽창과 함께 냉각을 극복합니다. 프랑스 낭트 (Nantes)에 위치한 Tramway de Nantes는 처음으로 메카 스키 엔진을 사용하여 기관차에 동력을 공급 한 것으로 유명합니다. 트램 웨이는 1879 년 12 월 13 일에 가동을 시작했으며 현재는 계속 작동하고 있지만 1917 년에 공압식 트램을보다 효율적이고 현대적인 전기 트램으로 교체했습니다.
American Charles Hodges는 기관차 산업에서 공압 모터에 대한 성공 사례를 발견했습니다. 1911 년 그는 공압 기관차를 설계하여 H.K. 석탄 광산에서 사용하기 위해 Pittsburgh에있는 Porter Company. 공압 모터는 연소를 사용하지 않기 때문에 석탄 산업에서 훨씬 안전한 옵션이었습니다.
많은 회사들이 압축 공기 자동차를 개발하고 있다고 주장하지만 실제 구매 나 심지어는 독립적 인 테스트를 할 수있는 회사는 없습니다.
도구들
임팩트 렌치, 펄스 공구, 너트 러너, 스크루 드라이버, 드릴, 그라인더, 다이 그라인더, 샌더, 치과 용 드릴 및 기타 공압 공구는 다양한 에어 모터를 사용합니다. 여기에는 베인 유형 모터, 터빈 및 피스톤 모터가 포함됩니다.
어뢰
비록 내부 연소 엔진, 외부 연소 엔진, 증기 엔진 또는 전기 모터로 대체되었지만 대부분의 성공적인 초기 자기 추진식 어뢰는 고압 압축 공기를 사용했습니다.
철도
압축 공기 엔진은 전차와 셔 터에서 사용되었고, 결국에는 광산 기관차에서 성공적인 틈새를 발견했지만, 결국 지하철로 전기 열차로 교체되었습니다. 수년에 걸쳐 설계가 복잡해지면서 각 단계간에 공냉식 재가열 장치가 포함 된 3 배 확장 엔진이 탄생했습니다. 자세한 내용은 무연 기관차 및 Mekarski 시스템을 참조하십시오.
비행
상업용 항공기와 같은 운송 카테고리 비행기는 압축 공기 스타터를 사용하여 주 엔진을 시동합니다. 공기는 항공기 보조 동력 장치의 부하 압축기 또는 지상 장비에 의해 공급됩니다.
물 로켓은 압축 공기를 사용하여 물 제트에 힘을 가하고 추력을 발생 시키므로 장난감으로 사용됩니다.
또한 장난감 브랜드 인 Air Hogs는 압축 공기를 사용하여 장난감 비행기 (및 기타 장난감 차량)의 피스톤 엔진에 동력을 공급합니다.
자동차
현재 항공기 개발에 관심이 있습니다. 비록 개인 수송에 필요한 성능과 수명이 길지는 않지만 몇 가지 엔진이 제안되었습니다.
Energine
Energine Corporation은 하이브리드 압축 공기 및 전기 엔진으로 작동되는 완전 조립 된 자동차를 제공한다고 주장한 한국 회사입니다. 압축 공기 엔진은 자동차의 자율적 작동 용량을 확장시키는 교류 발전기를 작동시키는 데 사용됩니다. CEO는 거짓 주장으로 에어 모터를 사기로 홍보하여 체포되었습니다.
EngineAir
호주 회사 인 EngineAir는 The Di Pietro 모터라고 불리는 압축 공기로 구동되는 로터리 엔진을 제작하고 있습니다. Di Pietro 모터 개념은 로터리 피스톤을 기본으로합니다. 기존의 로터리 엔진과 달리 Di Pietro 모터는 원통형 고정자 내부에 거의 마찰없이 회전하는 간단한 원통형 회전 피스톤 (샤프트 드라이버)을 사용합니다.
그것은 보트, 자동차, 부담 캐리어 및 기타 차량에 사용할 수 있습니다. 마찰을 극복하기 위해 단지 1 psi (6,8 kPa)의 압력 만이 필요합니다. 이 엔진은 2004 년 3 월 24 일 호주의 ABC New Inventors 프로그램에도 실 렸습니다.
K’Airmobiles
K’Airmobiles 차량은 2006-2007 년 프랑스에서 소규모 연구원에 의해 개발 된 프로젝트에서 상업화 될 예정이었습니다. 그러나이 프로젝트는 필요한 자금을 모을 수 없었습니다.
그 동안 팀은 에너지 용량이 낮고 가스의 팽창으로 인한 열 손실로 인해 탑재 된 압축 공기를 사용할 수 없다는 사실을 인정했습니다.
요즘 특허 출원중인 ‘K’Air Generator’를 사용하여 압축 가스 모터로 전환 한이 프로젝트는 2010 년 북미 투자자 그룹 덕분에 시작되어야하지만 녹색을 먼저 개발해야합니다 에너지 전력 시스템.
MDI
최초의 네 그레 (Nègre) 에어 엔진에서, 하나의 피스톤은 대기로부터 압축 된 공기를 압축하여 저장된 압축 공기와 혼합합니다 (팽창함에 따라 급격히 냉각 됨). 이 혼합물은 실제 엔진 동력을 제공하면서 두 번째 피스톤을 구동합니다. MDI의 엔진은 일정한 토크로 작동하며 바퀴의 토크를 변경하는 유일한 방법은 일정한 변위의 풀리 변속기를 사용하여 효율을 잃는 것입니다. 차량이 정지하면 MDI의 엔진이 켜져 있고 작동 중이어야 에너지가 손실됩니다. 2001-2004 년에 MDI는 1990 년으로 거슬러 올라가는 Regusci의 특허 (아래 참조)에 설명 된 것과 비슷한 디자인으로 전환했습니다.
2008 년 인도 자동차 제조업체 타타 (Tata)는 저비용 나노 자동차의 옵션으로 MDI 압축 공기 엔진을 찾고 있다고보고되었습니다. 타타 (Tata)는 2009 년 압축 공기 자동차가 낮은 범위와 낮은 엔진 온도 문제로 인해 개발이 어려웠다 고 발표했습니다.
준 정교회
Pneumatic Quasiturbine 엔진은 압축 공기 피스톤리스 로터리 엔진으로, 정사각형에서 측면이 힌지 된 마름모꼴 로터를 사용합니다.
Quasiturbine은 저장된 압축 공기를 사용하는 공압식 엔진으로 시연되었습니다.
또한 태양 에너지와 같은 외부 열을 사용할 때 가능한 에너지 증폭을 이용할 수 있습니다.
Quasiturbine은 0.1 atm (1.47 psi) 정도의 낮은 압력에서 회전합니다.
Quasiturbine은 순수한 팽창 엔진이기 때문에 Wankel 및 다른 대부분의 로터리 엔진은 그렇지 않지만 압축 된 유체 엔진, 공기 엔진 또는 공기 모터로 적합합니다.
레 구시시
Armando Regusci의 공기 엔진 버전은 변속기 시스템을 휠에 직접 연결하고 0에서 최대까지 다양한 토크를 가지며 효율을 향상시킵니다. Regusci의 특허는 1990 년에 나온 것이다.
팀 사이코 – 액티브
사이코 – 액티브 (Psycho-Active)는 자동차 라인의 토대가되는 멀티 연료 / 에어 하이브리드 섀시를 개발하고 있습니다. 요구되는 성능은 50hp / liter입니다. 그들이 사용하는 압축 공기 모터는 DBRE 또는 덕트 블레이드 로터리 엔진이라고합니다.
공기 엔진 설계가 불완전하다.
붕장어 모터
1881 년 Milton M. Conger는 압축 공기 나 스팀을 뽑아 낸 모터를 특허를 얻었으며 바퀴의 접선 방향 베어링의 뒤쪽에 쐐기 형 또는 경 사진 벽이나 받침대를 형성 할 수있는 유연한 튜빙을 사용하여 모터를 만들었습니다 추진제의 압력에 따라 속도가 더 빨라진다.