Вакуумный двигатель принцип работы: Принцип работы двигателя Стирлинга

Содержание

Принцип работы двигателя Стирлинга

 

Принцип работы двигателя Стирлинга

Принцип действия двигателя Стирлинга очень стар… и очень прост!
В Египте ещё более 2000 лет назад использовали расширение нагревающегося воздуха, чтобы приводить в движение ворота храма.
Тот же принцип использовался в двигателе горячего воздуха, на который Роберт Стирлинг заявил патент: горелка, заполненная спиртом, нагревает воздух внутри цилиндра и подаёт энергию для двигателя, который пускается в ход вращением маховика.
Несмотря на простую конструкцию, двигатель Стирлинга впечатляет! Воздух в закрытом цилиндре нагревается пламенем и за счёт расширения устремляется мимо вытеснительного поршня к другому краю цилиндра, где выдавливает рабочий поршень наружу. Так как вытеснительный поршень соединён с начавшим вращаться маховиком, под его действием он снова возвращается назад, охлаждая за собой воздух, и создавая, таким образом, вакуум. Этот вакуум засасывает рабочий поршень снова обратно. Процесс начинается сначала, машина работает!

 

Принцип работы ваккумного двигателя

Вакуумный двигатель, на который Генри Форд заявил патент в 1758 году, часто называют пожирателем пламени.
Он, так же как и двигатель Стирлинга, относится к двигателям горячего воздуха. Подобно первому двигателю внутреннего сгорания, основную работу выполняет атмосферное давление. Через клапан поршень засасывает фронтально расположенное пламя в цилиндр. Пламя нагревает воздух в цилиндре, что заставляет поршень двигаться назад. После этого, соединённый с маховиком клапан, закрывается, и воздух в цилиндре охлаждается. Из-за атмосферного давления поршень снова возвращается в исходное положение. Как только поршень достигает своей передней мёртвой точки, клапан снова открывается и весь процесс начинается сначала. Маховое колесо помогает преодолеть обе мёртвые точки.

Функциональные вакуумные двигатели часто строят в виде стационарных горизонтальных или вертикальных моделей с одним или несколькими цилиндрами. Также в исторических моделях тракторов и рельсовых транспортных средств можно встретить вакуумные двигатели.

 

Купить прикольные гаджеты и конструкторы вы можете у нас в магазине

{TAGS_PRODUCTS}

Вакуумный двигатель. Пожиратель пламени.

Очередная интересная и познавательная игрушка из Китая. Двигатель, но не паровой, не внутреннего сгорания, не Стирлинга, хотя придуман именно Стирлингом.

Оговорка по Фрейду и п. 18

Как и, наверное, большинство читателей, я интересуюсь разными вещами. Всегда есть соблазн и желание приобрести что-то для своего увлечения, либо просто хочется поиграть с приглянувшимся гаджетом, как известно с возрастом лишь меняется цена игрушек.

Обзоры — это совмещение приятного с полезным. Мне нравится делиться своим опытом взаимодействия с различными вещами, спонсорам нравится видимо, как я это делаю, и получается взаимовыгодное сотрудничество. Я никогда не беру на обзор вещи, которые мне не интересны, и с которыми я не хочу провести какое-то время. Как правило я беру вещи, предназначение и характеристики которых я себе неплохо представляю, так я избегаю своего и вашего, мои уважаемые читатели, разочарования в большинстве случаев.

Обзоры я делаю объективно, товары не рекламирую, и моя цель дать вам пищу для размышления, и поделиться своим опытом пользования данной вещи. Читайте, думайте, пишите свое мнение в комментариях — в общении и обмене мыслями рождается истина!

Пара слов о том, что такое вакуумный двигатель (пожиратель пламени) – это двигатель использующий разницу между давлением окружающего воздуха и частичным разрежением (вакуумом) по разные стороны от поршня.

Устройство вакуумного двигателя.

В основе лежит открытое пламя рядом с заслонкой цилиндра, и поршень, находящийся в цилиндре.

Во время фазы 1 (забор продуктов горения), раскаленное пламя попадает в цилиндр, во время движения поршня от заслонки.

Затем (фаза 2) заслонка закрывается и продукты сгорания охлаждаются о стенки цилиндра. Во время охлаждения их объем существенно уменьшается, создается разряжение. Поршень начинает обратное движение к заслонке.

Во время фазы 3, заслонка поднимается и поршень выталкивает остатки продуктов горения наружу.

Так цикл замыкается и дальше по кругу. Работа данного двигателя описывается термодинамическим циклом Отто, также описывающим работу двигателя внутреннего сгорания.

Работа и производительность двигателя зависит от быстрого и эффективного охлаждения стенок цилиндра. Если охлаждение будет медленным или неэффективным, то двигатель работать не будет.

В любом случае КПД такого двигателя мизерный, т.к. свеча горит рядом и греет воздух, и лишь малая часть пламени засасывается внутрь. Такие двигатели не имеют практического применения, и могут лишь поддерживать собственное вращение.

Перейдем к герою сегодняшнего обзора.

Приехал он в коробке из простого картона. Коробка была обернута кучей «пупырок» и сохранила свою форму, несмотря на все тяготы почтового пересыла.

Качество упаковки меня приятно удивило. Все плотно лежало на своих местах в толстом слое формованного вспененного полиэтилена.

В комплект входил сам двигатель, 3 ключа под шестигранник, спиртовая горелка, маленькая бутылочка со смазкой, бутылочка под спирт, и загадочная трубочка, применение которой я так и не нашел.

Порадовала спиртовка с «вечным» фитилем из стальной сеточки

Двигатель стоит на основании из лакированной древесины, снизу 4 резиновые ножки

Двигатель выглядит очень качественно сделанным, производит приятное впечатление.

Оси вращения крепятся через миниатюрные подшипники. Вращение всех узлов двигателя плавное и тихое. Сборка отличная, все чистое, никаких отпечатков пальцев, потеков масла, грязи и т.д. Просто идеально. Основные материалы – сталь, маховики дюраль, противовесы – латунь.

Что меня смутило – отсутствие рубашки охлаждения цилиндра двигателя. Материал цилиндра – сталь, т.е. нагрев будет быстрый, охлаждение посредственное. КПД упадет и двигатель проработает недолго. Ну, это мысли, давайте их проверим на практике.

Наливаем в горелку спирт, поджигаем, крутим колесо – двигатель бодро начинает постукивать. Есть контакт – работает! ☺

Проработал двигатель пару минут, затем ожидаемо цилиндр нагрелся, охлаждение разогретых продуктов горения спирта замедлилось, двигатель плавно остановился. Перерыв на 20 минут на остывание.

Т.к. двигатель образовательный, то возможно это как говорят программисты «не баг, а фича». В конце концов, может это является частью учебного процесса. Можно объяснить устройство двигателя, почему он работает, как проходит изменение сил при изменении температуры стенок цилиндра. И почему двигатель останавливается при нагреве.

Понять, что хотели достичь создатели, не делая охлаждение стенок цилиндра — сложно, к двигателю шла инструкция на чистом китайском языке. Но судя по качеству и продуманности конструкции отсутствие радиатора охлаждения – не ошибка, а специальный расчет.

Как резюме. Двигатель полностью выполняет свою учебно- познавательную функцию. Качество изготовления на высоте, внешний вид очень, как по мне, приятный. Из недостатков можно и нужно отметить краткость его работы. Все же 2 минуты до перегрева это очень мало.

И как с мотором Мендосино из моего предыдущего обзора, напрашивается его ниша. Сам себе не купишь, но в подарок получить будешь рад. Можно дарить такое коллегам по работе или школьникам/студентам.

Всем удачи и больше хороших игрушек в жизни!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Обзор вакуумных моторов для поломоечных машин и пылесосов. ― Русколумбус

Сердцем любой уборочно-всасывающей машины, будь то поломоечная машина или пылесос, является вакуумный мотор. Без него грязь не будет всасываться внутрь аппарата. И, насколько велик на рынке ассортимент уборочного оборудования, также много существует моделей всасывающих турбин различных модификаций.

В этой статье кратко рассмотрим основные виды вакуумных турбин, применяемых в профессиональных поломоечных машинах, пылесоса, пылеводососах. Среди множества других турбин промышленного назначения, нужные нам моторы производители выделяют в отельную категорию — «Floorcare & Specialty Motors», т.е. турбины для техники по уходу за полом.

По своему внешнему виду и способу прохода воздушного потока вакуумные двигатели разделяются на три основных типа:

периферический, тангенциальный, вместе называемые байпасными, и прямоточный (проточный). По внешнему виду отличается еще один тип турбины небольшого размера, чем-то напоминающей форму чашки или кубка, поэтому часто так и называемой производителями — «cup».

 

Байпасные моторы.

Это турбины, где рабочий воздух идет в обход («bypass» — обход) статора и выходит наружу сбоку мотора. Такие двигатели чаще всего используют в поломоечных машинах, системах центрального пылесоса и в промышленном применении. В байпасных турбинах рабочий воздух не охлаждает статор с ротором. Для охлаждения электрической части мотора используется отдельный вентилятор. При этом необходимым условием нормального функционирования байпасной турбины является наличие доступа охлаждающего воздуха по нормальным давлением. Т.е. пластиковая крышка мотора не должна находиться в вакууме или при повышенном давлении. Охлаждающий воздух обычно поступает через выход прямо в корпус оборудования. Рабочий воздух выводится наружу двумя способами: периферически («perihereia» – окружность, т.е. воздух выходит по всей окружности вентилятора) или тангенциально («tangens (tangentis)» — касающийся, т.е. воздух выходит по касательной к окружности вентилятора через патрубок.

Способ вывода рабочего воздуха выбирается производителем исходя из геометрии воздуховодов оборудования, способа и места монтажа турбины. Так как рабочий воздух не попадает в сам мотор, то такой тип двигателя является надежным выбором для применения в технике, связанной со сбором воды: поломоечных машинах, водопылесосах, химчистках.

Периферическая Тангенциальная

               

Проточные моторы. (Прямоточные)

В этих турбинах рабочий воздух является также и охлаждающим для мотора. Проходя через вентилятор системы, он направляется прямо на обмотки мотора, охлаждая статор и ротор. Пэтому типичным применением такого типа вакуумного двигателя является установка в пылесосах для сухой уборки.

Стадийность турбины.

Вакуумные моторы бывают одностадийные, двухстадийные и трехстадийные. Это наиболее прижившееся название. Также можно сказать двух-этапные, или трех-ступенчатые.

Стадии используются для того, чтобы создать повышение давления, если мотор используется в качестве воздуходувки, или для увеличения срока службы при использовании мотора в качестве вакуумной турбины.

Одноступенчатые двигатели обычно имеют самые высокие воздушные потоки и воздушную мощность, но при этом самые низкие уровни вакуумирования. Добавление ступеней вентилятора увеличивает вакуумную способность агрегата, но снижает расход воздуха. Это связано с повышением сопротивления воздушного потока через систему, причиной которого являются дополнительные вентиляторы (вращающиеся и стационарные), через которые воздух должен проходить.

«Cup»-турбины.

В небольших поломоечных машинах и пылесосах, когда внутреннее пространство аппарата ограничено его размерами, применяют небольшие турбины характерного внешнего вида. Они так же бывают байпасными и прямоточными. Соответственно, ставятся или в пылесосы, или в небольшие поломоечные машины и экстракторы.

Ну и конечно, стоит упомянуть, что двигатели, в зависимости от оборудования, куда они устанавливаются, бывают различной мощности и разного электрического напряжения. Самые распространенные моторы переменного тока на 220 В, и постоянного тока на 12В, 24В, 36В, 48В. По потребляемой мощности двигатели бывают от 300 Вт (турбины постоянного тока на поломойках) до 1600 Вт (моторы переменного тока на больших пылеводососах).

Основные размерные характеристики вакуумного мотора.

Как работают поломоечные машины?

06/10/2021

Администратор Главный

Поломоечная машина – высокотехнологичный агрегат, предназначенный для очистки пола от загрязнений. Как работают поломоечные машины, можно увидеть в торговых и офисных центрах, аэропортах, вокзалах. Такие устройства прекрасно справляются со своей ролью в помещениях различной площади и конфигурации, устраняя самые сильные и стойкие загрязнения.

Как устроены поломоечные машины

Независимо от вида, они имеют определенный набор деталей. Схема поломоечной машины:

  • Два отдельных бака для чистой и использованной воды.
  • Двигатель, приводящий в движение щетки.
  • Вакуумный мотор.
  • Щеточный узел.
  • Опорный ролик.
  • Водосборный узел.
Как работает поломоечная машина

В основу машинной уборки положена та же последовательность действий, что и при ручной чистке пола. Агрегат точно также смачивает грязь, трет влажный пол с моющими веществами, в завершение процесса вытирает начисто и насухо. Технология ручной и машинной чистки приблизительно одинакова, но техника делает это оперативнее и эффективнее.

Поломоечные машины принцип работы:
  1. В бак, предназначенный для воды, наливают чистую воду с добавлением моющих веществ. Из бака раствор моющего средства поступает на щетку.
  2. Чистящие щетки, расположенные в передней части устройства, приводятся в движение мотором. Наклон щетки можно регулировать. На вращающиеся щетки равномерно поступает раствор моющего средства и распределяется по поверхности пола. Моющий состав растворяет загрязнения, а щетки очищают их механическим способом. Поломоечная машина едет ровно, планомерно перемещаясь с одного загрязненного участка на другой. Следом за щетками в работу вступает собирающий узел. Он собирает размокшую от воды грязь.
  3. Все, что собрано резинками водосборной балки, убирается с поверхности пола с помощью вакуумного мотора. Он создает разряжение в баке, предназначенном для грязной воды, и за счет этого разряжения грязная вода с пола засасывается через всасывающий шланг в бак.

Устройство поломоечной машины предусматривает особую конфигурацию водосборной балки. Собирающий узел спроектирован таким образом, что его резиновые полосы вплотную прилегают к поверхности пола с любым покрытием. Балка захватывает грязную воду даже на стыках и швах. Вакуумный мотор эффективно всасывает грязную жидкость, поэтому после прохода машины пол остается не только чистым, но и сухим.

Современные поломоечные машины обеспечивают высокое качество уборки, оперативно и эффективно убирают все виды грязи и пыли.

Принцип работы вакуумного насоса автомобиля. Принцип работы вакуумного насоса дизеля

Вакуумный насос — это агрегат, который перемещает воздух внутрь или из чего-то другого. Иногда он удаляет газ из области, оставляя частичный вакуум позади; в других случаях вакуумный насос перемещает воду из одной области в другую, как насос отстойника в подвале. Вакуумные насосы используются в промышленных условиях для производства вакуумных труб и электрических ламп, а также для обработки полупроводников. Они также могут создавать вакуум, который затем можно применить для питания определенной части оборудования. Например, в самолетах гироскопы, расположенные в некоторых летательных аппаратах. Они также питаются источником вакуума в случае электрического отказа.

Существует множество вакуумных насосов для различных применений. Классификация представляет собой сложный и часто меняющийся процесс. Тем не менее, среди них можно выделить две категории: перекачивающие насосы и улавливания или захвата, насосов. Вакуумные насосы работают путем улавливания молекул в замкнутом пространстве. Примерами являются криоген, который захватывает молекулы сжиженного газа в холодной ловушке и ионный насос, в котором используется ионизированный газ, который магнитно ограничен. ионный насос. Подобные насосы (также называемые кинетическими насосами), такие как импульс для использования турбомолекулярного насоса для ускорения газа с вакуумной стороны на стороне выхлопа.


Другой классификацией вакуумных насосов является вакуумный насос сжатого воздуха по сравнению с механическим насосом. Насосы сжатого воздуха работают по принципу Бернули, который полагается на перепад давления для создания вакуума. Механические вакуумные насосы обычно имеют электрический двигатель в качестве источника энергии, но могут альтернативно опираться на двигатель внутреннего сгорания и вытеснять воздух из замкнутого объема и выпускать его в атмосферу. Вакуумный насос с вращающимися лопастями является самым популярным видом механического насоса. Отдельные роторы располагаются вокруг вала и вращаются при высоких скоростях. Воздух захватывается и перемещается через впускное отверстие, и за ним создается вакуум.

По мере развития технологии также доступны виды вакуумных насосов. Насосы, которые созданы для использования в одной отрасли, например, сухой? Вакуумные насосы (созданные первоначально для полупроводниковой промышленности) модифицированы для использования в других областях. Кажется, нет никакого предела тому, что можно сделать с помощью вакуумного насоса.

Вакуумный насос, в общем, является дополнительным приложением для любого двигателя с высокой производительностью, достаточным для создания значительного количества продувки. Вакуумный насос, в общем, добавит некоторую силу лошади, увеличит срок службы двигателя, держит масляный фильтр дольше.

Как работают вакуумные насосы?

Вакуумный насос имеет вход, подключенный к одной или двум крышкам клапанов. Он сохраняет воздух из двигателя, тем самым уменьшая давление воздуха, создаваемое ударом из-за того, что газы сгорания проходят мимо поршневых колец в камере. Вакуумные насосы варьируются в зависимости от объема воздуха, который они могут всасывать, поэтому потенциальный вакуум, создаваемый насосом, ограничивается количеством воздуха, которое он может протекать. Выхлоп из вакуумного насоса отправляется в резервуар с фильтром сверху, который предназначен для удержания любых жидкостей (влаги, неизрасходованного топлива, масла, рождающегося воздухом), всасываемого из двигателя. Отработанный воздух поступает в атмосферу через воздушный фильтр.

Итак, что на самом деле происходит при высоких оборотах в процессе горения, и как изменяется вакуумный насос?

По мере увеличения числа оборотов кольца кольца начинают подниматься вверх по краю внешнего кольца из-за давления за ними из-за надувания в кастрюле, это приводит к уменьшению уплотнения кольца к стенкам цилиндра. Это также заставляет кольца «трепетать», что еще больше увеличивает удар.

Повышенное давление в кастрюле (из-за того, что в двигателе с более высокими показателями вы не можете получить избыточное давление воздуха из двигателя только с помощью перегородок (гораздо меньше двигателей с системами ПВХ, которые запечатаны), тогда масло увлекается воздухом мимо колец на ходу впуска, когда двигатель проходит в воздухе. Во время такта всасывания масло также проходит через направляющие клапана. Конечным результатом является загрязнение масла топливом (так же, как система загрязняет топливо, всасывая масло во впуск), что эффективно снижает октановое число топлива, что уменьшает, а на закиси или силовом двигателе двигатель может сжечь отверстие в поршнях от повышенного тепла в камере из-за более быстрого фронта пламени.

Вакуумный насос может отменить любую из этих проблем, уменьшая, устраняя или даже нанося отрицательное давление на двигатель. Конечным результатом является лучшее уплотнение кольца, меньшее загрязнение масла или отсутствие масла, меньшее количество утечек масла, масло для очистки, более длительный срок службы двигателя. Дополнительным преимуществом является то, что ваш двигатель-строитель может использовать пакеты с более низким коэффициентом трения, потому что полученный удар смягчается вакуумным насосом.

Как происходит потеря давления масла?

Низкое давление, как правило, достигается с помощью вакуумного насоса. Для этого случая существует множество объяснений. Тем не менее, у нас есть информация из испытаний, проведенных в лучших лабораториях, свидетельствующая о том, что поток масла не уменьшается и что пониженное давление масла является результатом того, что манометр показывает ноль при атмосферном давлении, следовательно. В том случае если датчик не находится внутри двигателя (датчик считает, что это атмосферное давление), он будет читать более низкое давление, так как уменьшение давления воздуха в камере начинается при атмосферном давлении и уменьшается от этого.

Есть и другие причины, однако одна из них — это плохая нефть, возвращаемая в непосредственно в емксоть. При этом жидкость не способна быстро возвращать масло, создавая вакуум, в крышках клапанов. Кроме того, более высокий вакуум в крышках клапанов, чем в емкости, приведет к тому, что масло поступит в камеру через кронштейны. Это действие приведет к меньшему сопротивлению масляному потоку и более низкому давлению. Мы предлагаем установить вакуумный насос между зоной панорамирования и крышкой клапана, чтобы помочь сбалансировать давление воздуха в емкости и дать масло легко отвести назад.


Принцип работы вакуумного насоса дизеля

Важно отметить, что обойтись без данного агрегата невозможно. Дизельные или бензиновые двигатели, все больше и больше транспортных средств в настоящее время зависят от конкретных вакуумных насосов. Эти насосы генерируют вакуум, необходимый для повышения эффективности торможения, вакуум, который также требуется для управления приводами и рециркуляции отработавших газов.

Мы разработали систему вакуумного насоса, которая наиболее часто используется сегодня, с одной лопастной конструкцией, в высококонкурентную версию, которая полностью удовлетворяет потребности наших клиентов в вакууме во всех отношениях. Насос оснащен поворотным приводом и выпускается в 4 разных стандартных размерах от 90 см3 до 260 см3. Его потребление малой мощности объясняется применяемым принципом проектирования и сокращает расход топлива; кроме того, он может быть оснащен отдельными вакуумными портами для тормозных усилителей и приводов.

Меньше часто бывает больше: при проектировании одновинтовых вакуумных насосов мы с самого начала имели свои производственные издержки. В результате нам удалось удержать их с минимальными деталями и обработкой. Таким образом, они не только надежны, но и очень экономичны. Мы также не упускали из виду экологические аспекты: все материалы, используемые для одновинтового вакуумного насоса, легко утилизируются.

  • Вакуумные насосы с одной лопастью готовятся к установке, с вакуумным портом для конкретного потребителя, масляной трубкой для смазки под давлением непосредственно через распределительный вал и элементом для герметизации насоса против головки цилиндров.
  • В зависимости от требований к двигателю вращение по часовой стрелке или против часовой стрелки. Еще одно преимущество: жизнеспособные интеграционные решения, идеально ориентирующие тенденцию автопроизводителей к модульным сборкам, которые занимают как можно меньше места. Другими словами: насосы с различными функциями, такими как масляные и вакуумные насосы, например, могут быть модулированы и объединены в еще более сокращенном пространстве.

Преимущества

Кроме того, существующие продукты подвергаются постоянной оптимизации, чтобы повысить эффективность самого насоса и повысить его эффективность при взаимодействии с двигателем. С этой целью разрабатываются и применяются новые материалы, а также разрабатываются управляемые или электрически используемые системы.

Гибридная тепловая машина : Механика и Техника

Прошло чуть более двухсот лет с того времени, когда была изобретена первая тепловая машина, а уже человечество начинает задыхаться от выхлопных газов двигателей автомобилей, самолетов, пароходов, ракет и прочей техники. Известно, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС), впрочем, как и все известные в технике тепловые машины, имеют слишком низкий КПД. Примерно 55-60% теплоты выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу вместе с отработавшими газами. Все попытки утилизировать это тепло пока не увенчались успехом. Я предлагаю простой способ преобразования данной тепловой энергии в механическую работу. Для этого потребуется только модернизировать существующие ДВС. Надеюсь, что если точка невозврата не пройдена, то не поздно еще остановить глобальное потепление, которое началось в результате деятельности человека.
Изобретение называется «Гибридная тепловая машина»
Два крайних цилиндра с поршнями и клапанами представляют собой традиционный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), а поршень среднего цилиндра приводится в движение за счет разряжения давления в камере охладителя (вакуумный двигатель).

Машина работает следующим образом.
В то время, когда поршни ДВС приближаются к своим нижним мертвым точкам (н.м.т.), открывается выпускной клапан одного из крайних цилиндров, и продукты сгорания через открытый перепускной клапан с расширением перепускаются в камеру охладителя, объем которой в 4-5 раз больше объема рабочего цилиндра. Сначала происходит заполнение полости камеры за счет вакуума, который остается в камере охладителя после предыдущего такта, и давления в рабочем цилиндре. Потом часть охлажденных отработавших газов, под действием избыточного давления в камере, выбрасывается через клапан сброса, который находится в выхлопной трубе. В конце этого такта перепускной клапан и клапан сброса закрываются, а оставшиеся продукты сгорания перепускаются из цилиндра ДВС в цилиндр вакуумного двигателя. Во время перепуска (в течение одного такта) в камере охладителя осуществляется отвод теплоты от продуктов сгорания при помощи теплообменника (на рис. не показано), благодаря чему происходит охлаждение и сжатие газов с образованием разряжения. Когда поршни крайних цилиндров приближаются к верхней мертвой точке (в.м.т.), открывается перепускной клапан, вакуум распространяется в полости среднего цилиндра, в результате чего его поршень движется вверх, приводя в движение коленчатый вал машины. В это время в другом цилиндре ДВС осуществляется такт расширения. Затем цикл работы вакуумного двигателя повторяется с участием второго крайнего цилиндра.
Особенности конструкции данной машины позволяют поочередно подключать две и более камеры охладителя, а это даст возможность увеличить время на охлаждение газов.

Применение обратного термодинамического процесса позволит преобразовать максимально возможное количество тепловой энергии в механическую работу.

Устройство и принцип работы двигателя Стирлинга, модификации |

Новые двигатели современного автомобилестроения почти достигли своего пика, кажется уже нечего усовершенствовать. Добавление в систему ДВС турбонаддува повышает мощность, но уменьшает ресурс двигателя, оно и понятно, объем двигателя небольшой, а из него выжимают мощь, как у мотора большего объема, но без турбины. Инженеры автоиндустрии начинают перебирать все возможные направления в развитие двигателестроения. Некоторые разрабатывают супертопливо, некоторые ищут нестандартные конструкции силового агрегата, некоторые планируют создать современный двигатель на базе двигателя Роберта Стирлинга, который был создан в 19 веке. Сейчас продаются сувениры ДВС, купить двигатель Стирлинга можно и на алиэкспресс.

Схема работы двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга — это устройство, которое преобразует внешнюю энергию в полезную механическую. Это достигается за счет изменения температуры жидкости или газа, циркулирующие в замкнутой системе двигателя.

Кто понимает физические законы, тому легко понять принцип работы любого двигателя. Что касается данного силового агрегата, то схема его выглядит следующим образом: внизу устройства устройства находится газ, например, воздух, который нагревается и расширяясь толкает поршень. Затем горячий воздух попадает в верхнюю часть ДВС и охлаждается радиатором. Избыточное давление, которое толкало поршень снижается, и поршень опускается, затем воздух опять нагревается и поднимает поршень. Так повторяются циклы.

Три основных варианта двигателя Стирлинга

Модификация Альфа

Мотор устроен таким образом, что он имеет и горячий цилиндр-поршень, и холодный цилиндр-поршень. Горячий поршень толкается от расширения воздуха, а холодный расположен в системе охлаждения и движется от остывания воздуха.

Модификация Бета

Данная конструкция предполагает, что цилиндр и поршень нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой. Поршень толкает в сторону холодной части, а вытеснитель толкает в сторону горячей. Регенератор перемещает остывший воздух в горячий рабочий объем цилиндра.

Модификация Гамма

Устройство данной модификации состоит из двух цилиндров и поршней. Имеет регенератор циркуляции газа. Один цилиндр горячий с одной стороны и холодный с другой, в нем поршень и вытеснитель. Второй цилиндр полностью холодный, там только поршень.

Плюсы двигателя Стирлинга

Основной плюс такого типа силового агрегата — это то, что может работать на разных видах топлива. На практике было испытано следующее: во внешнюю камеру устройства подавался сначала бензин, потом дизель, потом метан, потом сырая нефть и растительное масло. Все это делалось без остановки двигателя и он продолжал успешно работать.

Также большим плюсом по сравнению с обычными двух тактными или четыерхтактрыми двигателями внутреннего сгорания является то, что двигателю Стирлинга не нужно дополнительное навесное оборудование, такое как газораспределительный механизм, коробка переключения передач, стартер.

Ресурс двигателя Стирлинга — больше 100 тысяч работы без остановки.

Немаловажный плюс — бесшумность работы. Такой двигатель не нуждается в удалении отработанного газа. В нем не может быть детонации двигателя, вибрация практически отсутствует.

Конструкция двигателя Бета

Преимущество для окружающей среды — это двигатель, который не загрязняет экологию, а значит это залог здоровья.

Минусы двигателя Стирлинга

Невозможно в настоящее время массовое применения данного вида двигателя. Для таких агрегатов требуется большие радиаторы охлаждения. Теплообменник должен быть сделать из материалов, устойчивых к высоким температурным воздействиям.

Коэффициент полезного действия

КПД от разности температур в двигателе может достигать около 70%. По циклу Карно на графике КПД выглядит следующим образом.

На практике был установлен 4-х цилиндровый двигатель Стирлинга на автомобиль был установлен вначале 20 века и выдал 35% КПД.

Американская автомобильная компания Mechanical Technology Inc (Меканикал Технолоджи Инкопорейтед) создает двигатели Стирлинга. Их ДВС выдают КПД 43,5%.

Примеры успешного применения двигателей Стирлинга

Во второй половине 20 века несколько компаний начали разрабатывать моторы Стирлинга и устанавливать их на легковые автомобили. Успешные модели оказались у таких компаний, как Ford Motor Company, Volkswagen Group, UNITED STIRLING (Швеция), General Motors, модель Стирлинга «Philips 4-125DA» (Нидерланды).

Видео

Фильм «Роберт Стирлинг и его двигатель».

Как работает двух цилиндровый вакуумный двигатель.

В наше время индустрия автомобилестроения достигла такого уровня развития, при котором без базовых научных принципов сложно достичь улучшения конструкции традиционных двигателей внутреннего сгорания. Это вынудило конструкторов всё больше обращать внимание на проекты альтернативных силовых установок. Инженерные центры и автоконцерны подошли к этому вопросу по-разному. Одни сосредоточились на создании адаптации к серийному выпуску электрических и гибридных моделей силовой установки. Другие делают вложения в разработку двигателей, потребляющих топливо из возобновляемых источников.

Одним из перспективных источников механической энергии для автомобилей является двигатель внешнего сгорания, разработанный уроженцем Шотландии Робертом Стирлингом пару веков назад. Двигатель внешнего сгорания Стирлинга по принципу работы сильно отличается от привычного для всех ДВС. Но на какое-то время после разработки о нём благополучно забыли.

История создания

В 1816 году уроженец Шотландии Роберт Стирлинг запатентовал тепловую машину, которую сегодня называют в честь своего создателя. Однако сама идея двигателей горячего воздуха была придумана вовсе не им. Но первый осознанный проект по созданию такого агрегата реализовал именно Стирлинг. Он усовершенствовал систему, добавив в неё очиститель, в технической литературе называвшийся теплообменником. Благодаря этому сильно возросла производительность мотора благодаря удержанию его в тепле. Эта модель для того времени была признана самой прочной, поскольку никогда не взрывалась.

Несмотря на такой быстрый успех продвижения модели, в начале двадцатого столетия от дальнейшего развития двигателя внешнего сгорания отказались из-за его себестоимости в пользу двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель Стирлинга: принцип работы и модификации

Принцип работы любого теплового мотора заключается в том, что для получения газа в расширенном состоянии нужны немалые механические усилия. В качестве наглядного примера можно привести опыт с двумя кастрюлями, согласно которому их наполняют холодной и горячей водой. Опускают в холодную воду бутылку с закрученной пробкой. После этого бутылку переносят в горячую воду. При таком перемещении газ в бутылке совершает механическую работу и выталкивает пробку из горлышка. Первая модель двигателя внешнего сгорания работала по точно такому же принципу. Однако позже создатель осознал, что часть выделяемого тепла можно использовать для подогрева. Производительность агрегата от этого только возросла. Чуть позже инженер из Швеции Эриксон усовершенствовал конструкцию, выдвинув идею об охлаждении и нагревании газа при постоянном давлении вместо объёма. Это позволило двигателю «продвинуться по карьерной лестнице» и начать использоваться в шахтах и типографиях. Для экипажей и транспортных средств агрегат оказался слишком тяжёлым.

На рисунке наглядно отображается рабочий цикл двигателя Стирлинга.

Как работает двигатель Стирлинга? Он преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу. Этот процесс происходит за счёт изменения температуры газа или жидкости, циркулирующих в замкнутом объёме. В нижней части агрегата рабочее вещество нагревается, увеличивается в объёме и выталкивает поршень вверх. Горячий воздух поступает в верхнюю часть мотора и охлаждается с помощью радиатора. Давление рабочего тела понижается, а поршень опускается для повторения всего цикла. Система полностью герметична, благодаря чему рабочее вещество не расходуется, а лишь перемещается внутри цикла.

Кроме того, существуют моторы с открытым циклом, в которых регулирование потоком реализуется с помощью клапанов. Эти модели называют двигателем Эриксона. В целом принцип работы двигателя внешнего сгорания схож с ДВС. При низких температурах в нём происходит сжатие и наоборот. Нагрев же осуществляется по-разному. Тепло в двигателе внешнего сгорания подводится через стенку цилиндра извне. Стирлинг догадался применять периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Этот поршень перемещает газы с одной полости цилиндра в другую. При этом с одной стороны постоянно поддерживаются низкие температуры, а с другой — высокие. При перемещении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость. Система вытеснителя в двигателе соединена с рабочим поршнем, который сжимает газ в холоде и позволяет расширяться в тепле. Полезная работа совершается как раз благодаря сжатию в более низких температурах. Непрерывность обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом. Особых границ между стадиями цикла не наблюдается. Благодаря этому КПД двигателя Стирлинга не уменьшается.

Некоторые детали работы двигателя

В теории подводить энергию в двигатель внешнего сгорания может любой источник тепла (солнце, электричество, топливо). Принцип работы тела двигателя заключается в использовании гелия, водорода или воздуха. Термическим максимально возможным КПД обладает идеальный цикл. КПД при этом составляет от 30 до 40 %. Эффективный регенератор может обеспечить более высокий КПД. Встроенные теплообменники обеспечивают регенерацию, обмен и охлаждение в современных двигателях. Их преимуществом является работа без масел. В целом смазки двигателю необходимо немного. Среднее давление в цилиндре варьируется от 10 до 20 МПа. Необходима хорошая уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

Согласно теоретическим расчётам эффективность двигателя Стирлинга сильно зависима от температуры и может достигать даже 70 %. Самые первые реализованные в металле образцы двигателя обладали низким КПД, поскольку варианты теплоносителя были неэффективны и ограничивали максимальную температуру нагрева, отсутствовали конструкционные материалы, устойчивые к высокому давлению. Во второй половине XX века двигатель с ромбическим приводом во время испытаний превысил показатель 35 % КПД на водном теплоносителе и с температурой 55 градусов по Цельсию. Совершенствование конструкции в некоторых экспериментальных образцах позволило достичь практически 39 % КПД. Почти все современные бензиновые двигатели, имеющие аналогичную мощность, обладают КПД 28 — 30 %. Турбированные дизели достигают около 35 %. Самые современные образцы двигателей Стирлинга, разработанные компанией Mechanical Technology Inc в США, показывают эффективность до 43 %.

После освоения жаропрочной керамики и других инновационных материалов появится возможность ещё сильнее увеличить температуру среды. КПД может при таких условиях достичь даже 60 %.

Существует несколько модификаций двигателя внешнего сгорания Стирлинга.

Модификация «Альфа»

Такой двигатель состоит из горячего и холодного раздельных силовых поршней, находящихся в собственных цилиндрах. К цилиндру с горячим поршнем поступает тепло, а холодный располагается в охлаждающем теплообменнике.

Модификация «Бета»

В этом варианте двигателя цилиндр, в котором расположился поршень, с одной стороны нагревается, а другой охлаждается. Внутри цилиндра двигаются вытеснитель и силовой поршень. Вытеснитель предназначен для изменения объёма рабочего газа. Регенератор же выполняет возвращение остывшего рабочего вещества в нагретую полость двигателя.

Модификация «Гамма»

Вся нехитрая конструкция модификации «Гамма» выполнена из двух цилиндров. Первый из них полностью холодный. В нём совершает движение силовой поршень. А второй — холодный только с одной стороны, а с другой — нагретый. Он служит для перемещения механизма вытеснителя. Регенератор циркуляции холодного газа в этой модификации может быть общим для обоих цилиндров и быть включённым в конструкцию вытеснителя.

Преимущества двигателя внешнего сгорания

Этот вид двигателей неприхотлив в плане топлива, поскольку основой его работы является перепад температур. Чем вызван этот перепад — особого значения не имеет. Двигатель Стирлинга имеет простую конструкцию и не нуждается в дополнительных системах и навесном оборудовании (стартер, коробка передач). Некоторые особенности устройства двигателя являются гарантией долгого срока эксплуатации: двигатель может работать непрерывно в течении примерно ста тысяч часов. Ещё одним серьёзным преимуществом двигателя внешнего сгорания является бесшумность. Она обусловлена тем, что в цилиндрах отсутствует детонация и нет необходимости в выводе отработавших газов. Особенно выделяется по этому параметру модификация «Бета». Её конструкция оснащена ромбовидным кривошипно-шатунным механизмом, который обеспечивает отсутствие вибраций во время работы. И, наконец, экологичность. В цилиндрах двигателя отсутствуют процессы, способные негативно влиять на окружающую среду.

При выборе альтернативных источников тепла (энергии солнца) двигатель Стирлинга превращается в разновидность экологически чистого силового агрегата.

Недостатки двигателя внешнего сгорания

Массовый выпуск таких двигателей в настоящее время невозможен. Основная проблема — это материалоёмкость конструкции. Охлаждение рабочего тела двигателя требует установку радиаторов с большими объёмами. Вследствие этого увеличиваются размеры. Использование сложных видов рабочего тела вроде водорода или гелия поднимает вопрос о безопасности двигателя. Теплопроводность и температурная стойкость должны быть на высоком уровне. Тепло к рабочему объёму поступает через теплообменники. Таким образом, часть тепла теряется по дороге. При изготовлении теплообменники приходится использовать термостойкие металлы. При этом металлы должны быть устойчивы к высокому давлению. Все эти материалы стоят дорого и долго обрабатываются. Принципы изменения режимов двигателя внешнего сгорания сильно отличаются от традиционных. Требуется разработка специальных управляющих устройств. Изменение мощности вызывается изменением давления в цилиндрах и угла фаз между вытеснителем и силовым поршнем. Также можно изменить ёмкость полости с рабочим телом.

Примеры реализации двигателей внешнего сгорания на автомобилях

Работоспособные модели такого двигателя были выпущены в свет, несмотря на все сложности изготовления. В 50 года XX века у автомобилестроительных компаний появилась заинтересованность в этой разновидности силового агрегата. В основном реализацией двигателей Стирлинга на автомобилях занимались Ford Motor Company и Volkswagen Group. Шведская компания UNITED STIRLING разработала такой двигатель, в котором разработчики старались чаще использовать серийные агрегаты и узлы (коленвал, шатуны). Был разработан четырёхцилиндровый V-образный двигатель, обладавший удельной массой 2,4 кг/кВт. Аналогичной массой обладает компактный дизель. Двигатель попробовали устанавливать на семитонные грузовые фургоны.

Наиболее выделяющимся успешным образцом стал Philips 4-125DA, доступный для установки на легковые автомобили. Рабочая мощность двигателя составляла 173 лошадиных силы. Размеры несильно отличались от обычного бензинового ДВС.

Компания General Motors разработала восьмицилиндровый V-образный двигатель внешнего сгорания с серийным кривошипно-шатунным механизмом. В 1972 году ограниченная версия автомобилей Ford Torino оснащалась таким двигателем. Причём расход топлива снизился на целых 25 % по сравнению с предыдущими моделями. Сегодня несколько зарубежных компаний пытаются совершенствовать конструкцию этого двигателя с целью адаптации для серийного производства и установки на легковые автомобили.

Выводы

В случае, если недостатки двигателя внешнего сгорания будут устранены, то этот вид силового агрегата придёт на смену ДВС и даже электромоторам. Но ввиду высокой стоимости материалов, сложности их обработки и громоздкости конструкции, двигатель внешнего сгорания пока не может выпускаться массово. Возможно, когда-нибудь будут разработан дешёвый жаростойкий и устойчивый к давлению материал, который будет использоваться при изготовлении двигателя Стирлинга, а пока вся конструкция обходится производителям гораздо дороже, чем обычный ДВС. Удачи и лёгких дорог!

Всего около ста лет назад двигателям внутреннего сгорания пришлось в жестокой конкурентной борьбе завоевывать то место, которое они занимают в современном автомобилестроении. Тогда их превосходство отнюдь не представлялось столь очевидным, как в наши дни. Действительно, паровая машина — главный соперник бензинового мотора — обладала по сравнению с ним огромными достоинствами: бесшумностью, простотой регулирования мощности, прекрасными тяговыми характеристиками и поразительной «всеядностью», позволяющей работать на любом виде топлива от дров до бензина. Но в конечном итоге экономичность, легкость и надежность двигателей внутреннего сгорания взяли верх и заставили примириться с их недостатками, как с неизбежностью.
В 1950-х годах с появлением газовых турбин и роторных двигателей начался штурм монопольного положения, занимаемого двигателями внутреннего сгорания в автомобилестроении, штурм, до сих пор не увенчавшийся успехом. Примерно в те же годы делались попытки вывести на сцену новый двигатель, в котором поразительно сочетается экономичность и надежность бензинового мотора с бесшумностью и «всеядностью» паровой установки. Это — знаменитый двигатель внешнего сгорания, который шотландский священник Роберт Стирлинг запатентовал 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081).

Содержание

Физика процесса

Принцип действия всех без исключения тепловых двигателей основан на том, что при расширении нагретого газа совершается большая механическая работа, чем требуется на сжатие холодного. Чтобы продемонстрировать это, достаточно бутылки и двух кастрюль с горячей и холодной водой. Сначала бутылку опускают в ледяную воду, а когда воздух в ней охладится, горлышко затыкают пробкой и быстро переносят в горячую воду. Через несколько секунд раздается хлопок и нагреваемый в бутылке газ выталкивает пробку, совершая механическую работу. Бутылку можно снова возвратить в ледяную воду — цикл повторится.
в цилиндрах, поршнях и замысловатых рычагах первой машины Стирлинга почти в точности воспроизводился этот процесс, пока изобретатель не сообразил, что часть тепла, отнимаемого у газа при охлаждении, можно использовать для частичного подогрева. Нужна лишь какая-то емкость, в которой можно было бы запасать тепло, отнятое у газа при охлаждении, и снова отдавать ему при нагревании.
Но, увы, даже это очень важное усовершенствование не спасло двигатель Стирлинга. К 1885 году достигнутые здесь результаты были весьма посредственны: 5—7 процентов к.п.д., 2 л. с. мощности, 4 тонны веса и 21 кубометр занимаемого пространства.
Двигатели внешнего сгорания не были спасены даже успехом другой конструкции, разработанной шведским инженером Эриксоном. В отличие от Стирлинга, он предложил нагревать и охлаждать газ не при постоянном объеме, а при постоянном давлении. 8 1887 году несколько тысяч небольших эриксоновских двигателей отлично работало в типографиях, в домах, на шахтах, на судах. Они наполняли водонапорные баки, приводили а действие лифты. Эриксон пытался даже приспособить их для привода экипажей, но они оказались чересчур тяжелыми. В России до революции большое количество таких двигателей выпускалось под названием «Тепло и сила».
Однако попытки увеличить мощность до 250 л. с. окончились полным провалом. Машина с цилиндром диаметром 4,2 метра развивала меньше 100 л. е., огневые камеры прогорели, и судно, на котором были установлены двигатели, погибло.
Инженеры без сожаления распрощались с этими слабосильными мастодонтами как только появились мощные, компактные и легкие бензомоторы и дизели. И вдруг, в 1960-е, спустя почти 80 лет о «стирлингах» и «эриксонах» (будем условно называть их так по аналогии с дизелем) заговорили как о грозных соперниках двигателей внутреннего сгорания. Разговоры эти не утихают и поныне. Чем же объясняется такой крутой поворот во взглядах?

Цена методичности

Когда узнаешь о старой технической идее, возродившейся в современной технике, сразу же возникает вопрос: что же препятствовало ее осуществлению раньше? В чем состояла та проблема, та «зацепка», без решения которой она не могла проложить себе дорогу в жизнь? И почти всегда выясняется, что своим возрождением старая идея обязана либо новому технологическому методу, либо новой конструкции, до которой не додумались предшественники, либо новому материалу. Двигатель внешнего сгорания можно считать редчайшим исключением.
Теоретические расчеты показывают, что к.п.д. «стирлингов» и «эриксонов» могут достигать 70 процентов — больше, чем у любого другого двигателя. А это значит, что неудачи предшественников объяснялись второстепенными, в принципе устранимыми факторами. Правильный выбор параметров и областей применения, скрупулезное исследование работы каждого узла, тщательная обработка и доводка каждой детали позволили реализовать преимущества цикла. Уже первые экспериментальные образцы дали КПД 39 процентов! (к.п.д. бензиновых двигателей и дизелей, которые отрабатывались годами, соответственно 28—30 и 32—35 процентов.) Какие же возможности «просмотрели» в свое время и Стирлинг и Эриксон?
той самой емкости, в которой попеременно то запасается, то отдается тепло. Расчет регенератора в те времена был просто невозможен: науки о теплопередаче не существовало. Его размеры принимались на глазок, а как показывают расчеты, КПД двигателей внешнего сгорания очень сильно зависит от качества регенератора. Правда, его плохую работу можно в определенной степени компенсировать повышением давления.
Вторая причина неуспеха была в том, что первые установки работали на воздухе при атмосферном давлении: их размеры получались огромными, а мощности — малыми.
Доведя к.п.д. регенератора до 98 процентов и заполнив замкнутый контур сжатым до 100 атмосфер водородом или гелием, инженеры наших дней увеличили экономичность и мощность «стирлингов», которые даже в таком виде показали к.п.д. более высокий, чем у двигателей внутреннего сгорания.
Уже одного этого было бы достаточно, чтобы говорить об установке двигателей внешнего сгорания на автомобилях. Но только высокой экономичностью отнюдь еще не исчерпываются достоинства этих возрожденных из забвения машин.

Как работает Стирлинг

Принципиальная схема двигателя внешнего сгорания:
1 — топливная форсунка;
2 — выпускной патрубок;
3 — элементы воздухоподогревателя;
4 — подогреватель воздуха;
5 — горячие газы;
6 — горячее пространство цилиндра;
7 — регенератор;
8 — цилиндр;
9 — ребра охладителя;
10 — холодное пространство;
11 — рабочий поршень;
12 — ромбический привод;
13 — шатун рабочего поршня;
14 — синхронизирующие шестерни;
15 — камера сгорания;
16 — трубки нагревателя;
17 — горячий воздух;
18 — поршень-вытеснитель;
19 — воздухоприемник;
20 — подвод охлаждающей воды;
21 — уплотнение;
22 — буферный объем;
23 — уплотнение;
24 — толкатель поршня-вытеснителя;
25 — толкатель рабочего поршня;
26 — ярмо рабочего поршня;
27 — палец ярма рабочего поршня;
28 — шатун поршня-вытеснителя;
29 — ярмо поршня-вытеснителя;
30 — коленчатые валы.
Красный фон — контур нагрева;
точечный фон — контур охлаждения

В современной конструкции «стирлинга», работающего на жидком топливе, — три контура, имеющих между собой лишь тепловой контакт. Это контур рабочего тела (обычно водорода или гелия), контур нагрева и контур охлаждения. Главное назначение контура нагрева — поддерживать высокую температуру в верхней части рабочего контура. Контур охлаждения поддерживает низкую температуру в нижней части рабочего контура. Сам контур рабочего тела замкнут.
Контур рабочего тела. В цилиндре 8 движутся два поршня — рабочий 11 и поршень-вытеснитель 18. Движение рабочего поршня вверх приводит к сжатию рабочего тела, движение его вниз вызывается расширением газа и сопровождается совершением полезной работы. Движение поршня-вытеснителя вверх выжимает газ в нижнюю, охлаждаемую полость цилиндра. Движение же его вниз соответствует нагреванию газа. Ромбический привод 12 сообщает поршням перемещение, соответствующее четырем тактам цикла ( Такт I — охлаждение рабочего тела. Поршень-вытеснитель 18 движется вверх, выжимая рабочее тело через регенератор 7, в котором запасается тепло нагретого газа, в нижнюю, охлаждаемую часть цилиндра. Рабочий поршень 11 находится в НМТ.
Такт II — сжатие рабочего тела. Энергия, запасенная в сжатом газе буферного объема 22, сообщает рабочему поршню 11 движение вверх, сопровождающееся сжатием холодного рабочего тела.
Такт III — нагревание рабочего тела. Поршень-вытеснитель 18, почти примкнув к рабочему поршню 11, вытесняет газ в горячее пространство через регенератор 7, в котором к газу возвращается тепло, запасенное при охлаждении.
Такт IV — расширение рабочего тела — рабочий такт. Нагреваясь в горячем пространстве, газ расширяется и совершает полезную работу. Часть ее запасается в сжатом газе буферного объема 22 для последующего сжатия холодного рабочего тела. Остальное снимается с валов двигателя.
Контур нагрева. Воздух вентилятором нагнетается в воздухоприемник 19, проходит через элементы 3 подогревателя, нагревается и попадает в топливные форсунки. Получившиеся горячие газы нагревают трубки 16 нагревателя рабочего тела, обтекают элементы 3 подогревателя и, отдав свое тепло воздуху, идущему на сжигание топлива, выбрасываются через выпускной патрубок 2 в атмосферу.
Контур охлаждения. Вода через патрубки 20 подается в нижнюю часть цилиндра и, обтекая ребра 9 охладителя, непрерывно охлаждает их.

«Стирлинги» вместо ДВС

Первые же испытания, проведенные пол-века назад, показали, что «стирлинг» почти идеально бесшумен. У него нет карбюратора, форсунок с высоким давлением, системы зажигания, клапанов, свечей. Давление в цилиндре, хотя и повышается почти до 200 атм, но не взрывом, как в двигателе внутреннего сгорания, а плавно. На двигателе не нужны глушители. Ромбовидный кинематический привод поршней полностью уравновешен. Никаких вибраций, никакого дребезжания.
Говорят, что, даже приложив руку к двигателю, не всегда удается определить, работает он или нет. Эти качества автомобильного двигателя особенно важны, ибо в крупных городах остро стоит проблема снижения шума.
А вот другое качество — «всеядность». По сути дела, нет такого источника тепла, который не годился бы для привода «стирлинга». Автомобиль с таким двигателем может работать на дровах, на соломе, на угле, на керосине, на ядерном горючем, даже на солнечных лучах. Он может работать на теплоте, запасенной в расплаве какой-нибудь соли или окисла. Например, расплав 7 литров окиси алюминия заменяет 1 литр бензина. Подобная универсальность не только сможет всегда выручить водителя, попавшего в беду. Она разрешит остро стоящую проблему задымления городов. Подъезжая к городу, водитель включает горелку и расплавляет соль в баке. В черте города топливо не сжигается: двигатель работает на расплаве.
А регулирование? Чтобы сбавить мощность, достаточно выпустить из замкнутого контура двигателя в стальной баллон нужное количество газа. Автоматика сразу же уменьшает подачу топлива так, чтобы температура оставалась постоянной независимо от количества газа. Для повышения мощности газ нагнетается из баллона снова в контур.
Вот только по стоимости и по весу «стирлинги» пока уступают двигателям внутреннего сгорания. На 1 л. с. у них приходится 5 кг, что намного больше, чем у бензинового и дизельного моторов. Но не следует забывать, что это еще первые, не доведенные до высокой степени совершенства модели.
Теоретические расчеты показывают, что при прочих равных условиях «стирлинги» требуют меньших давлений. Это — важное достоинство. И если у них найдутся еще и конструктивные преимущества, то не исключено, что именно они окажутся самым грозным соперником двигателей внутреннего сгорания в автомобилестроении. А вовсе не турбины.

«Стирлинг» от компании GM

Серьезная работа по усовершенствованию двигателя внешнего сгорания, начавшаяся через 150 лет после его изобретения, уже принесла свои плоды. Предложены различные конструктивные варианты двигателя, работающего по циклу Стирлинга. Есть проекты моторов с наклонной шайбой для регулирования хода поршней, запатентован роторный двигатель, в одной из роторных секций которого происходит сжатие, в другой — расширение, а подвод и отвод тепла осуществляется в соединяющих полости каналах. Максимальное давление в цилиндрах отдельных образцов доходит до 220 кГ/см 2 , а среднее эффективное давление — до 22 и 27 кГ/см 2 и более. Экономичность доведена до 150 г/л.с./час.
Наибольшего прогресса достигла компания General Motors, которая в 1970-е годы построила V-образный «стирлинг» с обычным кривошипно-шатунным механизмом. Один цилиндр у него рабочий, другой — компрессионный. В рабочем находится только рабочий поршень, а поршень-вытеснитель — в компрессионном цилиндре. Между цилиндрами расположены подогреватель, регенератор и охладитель. Угол сдвига фаз, иначе говоря угол отставания одного цилиндра от другого, у этого «стирлинга» равен 90°. Скорость одного поршня должна быть максимальной в тот момент, когда скорость другого равна нулю (в верхней и нижней мертвых точках). Смещение фаз в движении поршней достигается расположением цилиндров под углом 90°. Конструктивно это самый простой «стирлинг». Но он уступает двигателю с ромбическим кривошипным механизмом в уравновешенности. Для полного уравновешивания сил инерции в V-образном двигателе число его цилиндров должно быть увеличено с двух до восьми.

Принципиальная схема V-образного «стирлинга»:
1 — рабочий цилиндр;
2 — рабочий поршень;
3 — подогреватель;
4 — регенератор;
5 — теплоизолирующая муфта;
6 — охладитель;
7 — компрессионный цилиндр.

Рабочий цикл в таком двигателе протекает следующим образом.
В рабочем цилиндре 1 газ (водород или гелий) нагрет, в другом, компрессионном 7 — охлажден. При движении поршня в цилиндре 7 вверх газ сжимается — такт сжатия. В это время начинает двигаться вниз поршень 2 в цилиндре 1. Газ из холодного цилиндра 7 перетекает в горячий 1, проходя последовательно через охладитель 6, регенератор 4 и подогреватель 3 — такт нагревания. Горячий газ расширяется в цилиндре 1, совершая работу, — такт расширения. При движении поршня 2 в цилиндре 1 вверх газ перекачивается через регенератор 4 и охладитель 6 в цилиндр 7 — такт охлаждения.
Такая схема «стирлинга» наиболее удобна для реверсирования. В объединенном корпусе подогревателя, регенератора и охладителя (об их устройстве речь пойдет позже) для этого сделаны заслонки. Если перевести их из одного крайнего положения в другое, то холодный цилиндр станет горячим, а горячий — холодным, и двигатель будет вращаться в обратную сторону.
Подогреватель представляет собой набор трубок из жаростойкой нержавеющей стали, по которым проходит рабочий газ. Трубки нагреваются пламенем горелки, приспособленной для сжигания различных жидких топлив. Тепло от нагретого газа запасается в регенераторе. Этот узел имеет большое значение для получения высокого КПД. Он выполнит свое назначение, если будет передавать примерно в три раза больше тепла, чем в подогревателе, и процесс займет меньше 0,001 секунды. Словом, это быстродействующий аккумулятор тепла, причем скорость теплопередачи между регенератором и газом составляет 30 000 градусов в секунду. Регенератор, КПД которого равен 0,98 единицы, состоит из цилиндрического корпуса, в котором последовательно расположены несколько шайб, изготовленных из проволочной путанки (диаметр проволоки 0,2 мм). Чтобы тепло от него не передавалось холодильнику, между этими агрегатами установлена теплоизолирующая муфта. И наконец, охладитель. Он выполнен в виде водяной рубашки на трубопроводе.
Мощность «стирлинга» регулируется изменением давления рабочего газа. Для этой цели двигатель оборудуется газовым баллоном и специальным компрессором.

Достоинства и недостатки

Чтобы оценить перспективы применения «стирлинга» на автомобилях, проанализируем его достоинства и недостатки. Начнем с одного из важнейших для теплового двигателя параметров, так называемого теоретического КПД Для «стирлинга» он определяется следующей формулой:

где η — КПД, Тх — температура «холодного» объема и Тг — температура «горячего» объема. Количественно этот параметр у «стирлинга» — 0,50. Это значительно больше, чем у самых лучших газовых турбин, бензиновых и дизельных двигателей, у которых теоретический КПД соответственно равен 0,28; 0,30; 0,40.
Как двигатель внешнего сгорания. стирлинг» может работать на различных топливах: бензине, керосине, дизельном, газообразном и даже на твердом. Такие характеристики топлива, как цетановое и октановое числа, зольность, температура выкипания при горении вне цилиндра двигателя, для «стирлинга» не имеют значения. Чтобы он работал на разных топливах, не требуется больших переделок — достаточно лишь заменить горелку.
Двигатель внешнего сгорания, в котором горение протекает стабильно с постоянным коэффициентом избытка воздуха, равным 1.3. выделяет значительно меньше, чем двигатель внутреннего сгорания, окиси углерода, углеводородов и окислов азота.
Малая шумность «стирлинга» объясняется низкой степенью сжатия (от 1,3 до 1,5). Давление в цилиндре повышается плавно, а не взрывом, как в бензиновом или дизельном двигателе. Отсутствие колебаний столба газов в выпускном тракте определяет бесшумность выхлопа, что подтверждено испытаниями двигателя, разработанного фирмой «Филлипс» совместно с фирмой Ford для автобуса.
«Стирлинг» отличается малым расходом масла и высокой износостойкостью благодаря отсутствию в цилиндре активных веществ и относительно низкой температуре рабочего газа, а надежность его выше, чем у известных нам двигателей внутреннего сгорания, так как в нем нет и сложного газораспределительного механизма.
Важное преимущество «стирлинга» как автомобильного двигателя — повышенная приспособляемость к изменениям нагрузки. Она, например, на 50 процентов выше, чем у карбюраторного мотора, за счет чего можно уменьшить число ступеней в коробке передач. Однако совсем отказаться от сцепления и коробки передач, как в паровом автомобиле, нельзя.
Но почему же двигатель с такими очевидными достоинствами до сих пор не нашел практического применения? Причина проста — у него немало еще неустраненных недостатков. Главнейшие среди них — большая сложность в управлении и регулировке. Существуют и другие «рифы», которые не так просто обойти и конструкторам и производственникам.— в частности, поршням нужны очень эффективные уплотнения, которые должны выдерживать высокое давление (до 200 кГ/см2) и препятствовать попаданию масла в рабочую полость. Во всяком случае, 25-летняя работа фирмы «Филлипс» по доводке своего двигателя пока не смогла сделать его пригодным для массового применения на автомобилях. Немаловажное значение имеет характерная особенность «стирлинга» — необходимость отводить с охлаждающей водой большое количество тепла. В двигателях внутреннего сгорания значительная часть тепла выбрасывается в атмосферу вместе с отработавшими газами. В «стерлинге» же в выхлоп уходит только 9 процентов тепла, получаемого при сгорании топлива. Если в бензиновом двигателе внутреннего сгорания с охлаждающей водой отводится от 20 до 25 процентов тепла, то в «стирлинге» — до 50 процентов. Это значит, что автомобиль с таким двигателем должен иметь радиатор примерно в 2—2.5 раза больше, чем у аналогичного бензинового мотора. Недостатком «стирлинга» является и его высокий удельный вес по сравнению с распространенным ДВС. Еще довольно существенный минус — трудность повышения быстроходности: уже при 3600 об/мин значительно возрастают гидравлические потери и ухудшается теплообмен. И наконец. «стирлинг» уступает обычному двигателю внутреннего сгорания в приемистости.
Работы по созданию и доводке автомобильных «стирлингов», в том числе для легковых машин, продолжаются. Можно считать, что в настоящее время принципиальные вопросы решены. Однако еще много дел по доводке. Применением легких сплавов можно понизить удельный вес двигателя, но он все равно будет выше. чем у мотора внутреннего сгорания, из-за более высокого давления рабочего газа. Вероятно, двигатель внешнего сгорания найдет применение в первую очередь на грузовых автомобилях, особенно военных — благодаря своей нетребовательности к топливу.

http://autostuk.ru/samyj-moshhnyj-dvigatel-stirlinga.html
http://auto-gl.ru/dvigatel-vneshnego-sgoraniya-stirlinga-ustroystvo-principy-raboty-i-3-modifikacii/
http://wiki.zr.ru/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%D0%A1%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B3%D0%B0

Конструкция, принцип работы и применение

Вакуумные насосы широко используются в системах охлаждения, кондиционирования воздуха и т. д. Они используются для удаления воздуха, неконденсирующихся предметов, таких как вода, из системы. Удаление воды из системы делает охлаждение эффективным, поскольку присутствие воды вызывает коррозию внутренних частей системы и снижение эффективности. Удаление воды требует работы вакуумного насоса. Точно так же он играет важную роль в системах кондиционирования воздуха.Удаление воздуха приведет к загрязнению системы. Поэтому становится важным вакуумировать молекулы воздуха или воды для эффективного использования системы.

Что такое вакуумный насос?

Определение: Устройство, удаляющее молекулы газа или воды из определенного замкнутого пространства и оставляющее за собой вакуум. Вакуум определяется как отсутствие воздуха. Таким образом, вакуумный насос удаляет воздух для систем кондиционирования воздуха или воду для систем охлаждения, чтобы создать вакуум позади.Вакуумный насос представляет собой набор систем, объединенных вместе для конкретного применения.

Вакуумный насос

На приведенном выше рисунке представлена ​​схема вакуумного насоса, включая детали насоса. Назначение каждой детали кратко поясняется ниже:

Выпускной патрубок — Для заливки масла в насос

Ручка: Для транспортировки, для переноски из одного места в другое

Крышка вентилятора: Закрывает вентилятор внутри, который используется для охлаждения двигателя.Крышка вентилятора также защищает вентилятор от пыли.

Двигатель: Это сердце системы. Он состоит из трехфазного или однофазного асинхронного двигателя, который вращает насос для всасывания молекул газа или частиц воды. Один всосанный он создает вакуум. Двигатель состоит из короткозамкнутого ротора или асинхронного двигателя с фазным ротором. Двигатель снова состоит из статора и ротора. В статоре размещены трехфазные катушки, которые при возбуждении трехфазным питанием создают магнитное поле.

Основание- Используется как средство для размещения насоса на земле. Он должен выдерживать вес насоса.

Слив масла- Этот вход используется для циркуляции масла внутри системы. Масло используется для охлаждения и смазки.

Литой под давлением алюминий- Образует внешнюю часть насоса. Внутри находится компрессор.

Индикаторное стекло- Используется для индикации уровня масла в системе.По показаниям масло периодически доливается.

Вакуумный насос V Принцип работы

Вакуумный насос состоит из двух основных компонентов. Двигатель и компрессор, соединенные между собой валом. Для больших систем устанавливаются двухступенчатые компрессоры. Левая часть рисунка 1, которая является частью компрессора, подробно описана на рисунке 2. Детали компонентов кратко описаны следующим образом:

Конструкция вакуумного насоса

Вход — Он подключен к системе, в которой должен создаваться вакуум. созданный.Например, если мы хотим создать вакуум в холодильной системе, то он подключается к входу.

Выхлопной патрубок- Подключен для выталкивания молекул наружу. Для вакуумного насоса воздух всасывается внутрь через вход и выбрасывается наружу через выпускное отверстие.

Выпускной клапан- При создании низкого давления клапан открывается, чтобы нагнетать воздух наружу.

Статор- Образует внешнюю часть насоса, в которой размещается компрессор.Он сделан из чугуна для поддержки системы компрессора. В этой части размещены трехфазные катушки, которые формируют магнитное поле для работы двигателя.

Пружина- Соединена с валом, который вращается внутри статора. Когда двигатель работает, он вращает пружины вместе с лопастями и ротором.

Масло насоса и масляный резервуар- Масло используется для охлаждения и изоляции.

Нелинейное распределение воздушного зазора между валом и статором, также называемое камерой компрессора эксцентричной формы.Принцип создания вакуума заключается в разнице давлений между выпуском и впуском. Как известно, воздух течет из области высокого давления в область низкого давления, а вода – из большой высоты в малую, вакуум создается за счет создания разницы давлений. Разность давлений создается за счет эксцентриковой формы камеры компрессора.

При движении вал вращает ротор компрессора. При вращении ротора из-за эксцентричной формы воздушного зазора под выпускным клапаном создается низкое давление.Когда этого давления становится достаточно, открывается выпускной клапан, и молекулы воздуха или воды вытесняются наружу. Это создает вакуум во впускном клапане. Для большой системы также используются двухступенчатые компрессоры. В этом случае впускной клапан второго компрессора соединен с выпускным клапаном первого компрессора. Две камеры компрессора соединены последовательно.

Вал ротора при вращении создает область низкого давления, так что удаляемые газы или молекулы воды устремляются в область низкого давления.Ротор вращается таким образом, что поддерживается баланс в системе. Ротор вала не идеально отцентрирован, так что разница в давлении может быть создана за счет изменения объема. Пружины прикреплены к ротору таким образом, что их можно сжимать для создания разницы в объеме.

Вакуумные насосы классификации

вакуумных насосов могут широко классифицироваться, как показано ниже:

Взломный тип

  • газ, сохраненный в насосе
  • Cryo и ION

Передача газа

диффузия и турбомолекулярные

Они широко классифицируются как тип захвата и газоперенос.В захватывающем типе газ задерживается в насосе. Он имеет криогенную и ионную природу. Для переноса газа это кинетический тип и прямое вытеснение. Кинетика имеет диффузионный и турбомолекулярный характер.

На основе асинхронного двигателя, используемого в вакуумных насосах, они также классифицируются как однофазные или двухфазные вакуумные насосы. В большинстве применений, за исключением нескольких в промышленности, используются только однофазные насосы. Для больших систем, таких как кондиционирование воздуха больших зданий или огромных систем охлаждения, у нас есть трехфазные вакуумные насосы.

Вакуумный насос Применение

Вакуумный насос имеет ряд применений в промышленности, жилых и коммерческих помещениях. В системах кондиционирования он используется для циркуляции воздуха в закрытых помещениях. Циркуляция воздуха вызывает разницу температур и, следовательно, охлаждает систему. Точно так же для системы охлаждения он используется для циркуляции воды для охлаждения системы. Кроме того, вакуумные насосы также используются в пылесосах, коммерческих приложениях, термоформовочных и сушильных установках, в сочетании с гидравлическими насосами, автомобильной промышленностью и т. д.

Часто задаваемые вопросы

1). Какова единица измерения вакуума?

Единицей вакуума в СИ является торр. Единицей давления в системе СИ является паскаль.

2). Сколько фунтов на квадратный дюйм составляет вакуум?

Около 14,7 PSI образует вакуум. Также известен как 29,92 ртутного столба (рт.ст.) или 760 мм ртутного столба (торр).

3). Вакуум это отрицательное давление?

Да, вакуум также известен как отрицательное давление. Также известно как отрицательное манометрическое давление, так как оно отражает разницу показаний между окружающим атмосферным давлением и давлением в откачиваемой системе.

4). Как создается вакуум?

Вакуум создается за счет изменения давления. Молекулы газа или воды перемещаются из области высокого или низкого давления.

5). Что такое высоковакуумный насос?

Давление от 10-3 до 10-8 известно как высоковакуумный насос. Поскольку давление до этого уровня требует огромной системы, он классифицируется как высоковакуумный насос.

Итак, мы увидели принцип работы вакуума и его применение.Это особенно широко применяется в системах охлаждения и кондиционирования воздуха. Вот вопрос к вам, чем вакуумные насосы отличаются от пылесосов, которые мы используем в повседневной жизни?

Описание вакуумных насосов — инженерное мышление

Узнайте, как работают вакуумные насосы, основные части и почему мы их используем. В этой статье подробно описывается основной принцип работы одноступенчатых и двухступенчатых вакуумных насосов для инженеров HVAC. Для получения дополнительных статей о проектировании HVAC НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ .

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.

Что такое вакуумные насосы?

Вакуумные насосы широко используются инженерами по кондиционированию воздуха и холодильному оборудованию для удаления из системы воздуха или неконденсирующихся примесей, таких как вода. Нам необходимо удалить их из системы, потому что они приводят к неэффективной работе холодильной системы, а также могут вызывать коррозию внутренних частей.

Эта процедура выполняется перед заправкой новой системы или после ремонта существующей системы, в которой хладагент уже был восстановлен.В любом случае есть вероятность, что воздух и влага загрязнили систему.

Где они связаны?

В типичной системе кондиционирования воздуха вы увидите эти вакуумные насосы, подключенные через коллектор к сторонам высокого и низкого давления системы. Лучший способ сделать это — снять коллектор и подключить вакуумный насос к линии всасывания с манометром, подключенным к линии жидкости, так как это самая дальняя точка в системе, чтобы вы могли получить точные показания.

Подключите манометр к блоку кондиционирования воздуха

. Мы объединились с нашим другом Брайаном из школы HVAC для написания этой статьи.Его видео на YouTube расскажет вам, как на самом деле подключить вакуумный насос к реальной системе, а также даст вам множество отличных технических советов для развития ваших знаний и навыков. Чтобы посмотреть его видео на YouTube из , НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ.

Основные части вакуумного насоса

Если взять стандартный вакуумный насос, то он выглядит примерно так, как показано ниже.

Вакуумный насос

У нас есть электродвигатель сзади, компрессор спереди, ручка сверху и опорное основание снизу.Затем у нас есть впуск, который соединяется с системой для удаления воздуха из системы, и у нас также есть выхлоп для рассеивания его в атмосфере. На передней части секции компрессора мы найдем смотровое стекло уровня масла, чтобы мы могли определить, сколько масла находится в камере, а также его состояние.

Части вакуумного насоса

Когда мы разбираем устройство, мы видим, что у нас есть вентилятор и защитный кожух, установленный на задней части двигателя. Внутри двигателя у нас есть статор с катушками. Концентрично этому; у нас есть ротор и вал, который приводит в движение компрессор.Спереди у нас камера сжатия. Это версия двухступенчатого компрессора, которая позволяет нам создавать более глубокий вакуум, поэтому у нас есть две камеры сжатия. Внутри камер находятся роторы компрессора и лопасти, которые вытесняют воздух из системы. В верхней части камеры сжатия находится язычковый клапан, который выпускает выхлопные газы. Когда мы снимаем защитный кожух вентилятора, мы видим, что вентилятор соединен с валом, который проходит через насос. Вентилятор используется для охлаждения электродвигателя и обдувает кожух окружающим воздухом, рассеивая его.Ребра на корпусе увеличивают площадь поверхности корпуса, что позволяет отводить больше нежелательного тепла.

Ребра на корпусе помогают отводить тепло

Внутри двигателя

Внутри двигателя у нас есть статор, который намотан медными катушками. Когда электрический ток протекает через медные катушки, он создает магнитное поле. Это магнитное поле воздействует на ротор, и это заставляет его вращаться. Ротор соединен с валом, а вал проходит по всей длине насоса от вентилятора до компрессора.Сюда; когда ротор вращается, вращается и компрессор, и это то, что мы используем для создания эффекта вакуума и удаления воздуха из системы.

через GIPHY

На заметку, когда мы думаем о вакууме; мы думаем о всасывающей силе, но на самом деле это не так. Ниже мы подробно объясним, почему.

Внутри компрессора

Если мы заглянем внутрь компрессора, то увидим, что у нас есть вход, который подключен к системе, которую мы вакуумируем. Затем у нас есть выход и язычковый клапан, который выпускает воздух и влагу, которые извлекаются.

В центре ротор сжатия и камера сжатия. Обратите внимание, что ротор установлен эксцентрично внутри камеры, что означает, что он не идеально центрирован, это ключевая особенность, которую мы подробно рассмотрим ниже. Вал соединяется с ротором и заставляет его вращаться.

Внутри ротора установлены две подпружиненные лопасти. Пружины всегда пытаются вытолкнуть лопасти наружу, но они удерживаются на месте стенками камеры сжатия. Кончики лопастей всегда соприкасаются со стенкой, а тонкий слой масла помогает создать уплотнение между ними.Когда ротор вращается, пружины продолжают толкать лопасти наружу, так что лопасти повторяют контур камеры сжатия.

Внутри вакуумного насоса

Когда насос запускается, ротор перемещается через впускное отверстие и обнажает область внутри камеры сжатия. Эта область будет находиться под более низким давлением по сравнению с давлением внутри системы; поэтому воздух и влага внутри системы охлаждения устремятся внутрь, чтобы попытаться заполнить эту пустую область.

Почему это происходит?

Давление всегда течет от высокого к низкому, поэтому, если мы подключили, например; два баллона с разным давлением, газы будут перемещаться из стороны высокого давления в сторону низкого давления, пока оба не будут иметь одинаковое давление.Сторона низкого давления была вакуумом, но она не всасывала газы внутрь, а сторона высокого давления проталкивалась внутрь. Это эффект вакуума. Газы хотят выровняться и будут течь от высокого давления к низкому давлению. Газы пытаются выровнять давление в соединенных областях. Поэтому мы используем вакуумный насос для создания области более низкого давления, чтобы нежелательные газы
внутри системы охлаждения устремлялись из системы, чтобы попытаться заполнить эту область более низкого давления.

В нашем сценарии соединительный шланг и новая область низкого давления в камере сжатия становятся продолжением системы охлаждения, поэтому газы в системе будут устремляться, чтобы заполнить это и попытаться уравнять давление между ними.Однако это ловушка, потому что по мере того, как ротор продолжает вращаться, вторая лопасть подметает и захватывает этот объем газа в камере между двумя лопастями. Другая лопасть проходит через вход и создает еще одну область более низкого давления, поэтому все больше газов устремляется внутрь, чтобы снова и снова заполнять эту пустоту. По мере вращения компрессора объем камеры начнет уменьшаться, поэтому ротор не идеально отцентрирован, поэтому мы можем варьировать объем захваченных газов. Это уменьшение объема сожмет газы в более тесное пространство, что повысит давление и температуру.

Он продолжает вращаться в меньший объем, пока давление не станет достаточно высоким, чтобы открыть язычковый клапан на выпуске и выпустить газы.
Компрессор продолжает вращаться, и при этом в систему втягивается следующая порция газов, и этот цикл продолжается.

через GIPHY

Большинство вакуумных насосов являются двухступенчатыми, что означает наличие двух последовательно соединенных камер сжатия, при этом выхлоп из первого компрессора соединяется непосредственно с входом второй камеры.Такая конструкция позволяет насосу достигать более глубокого вакуума.

Двухступенчатая конструкция

Когда у нас один компрессор; выпускное отверстие давит против атмосферного давления, как подробно описано выше. Но с двухступенчатой ​​конструкцией выход давит на гораздо более низкое давление, которое является просто входом второго вращающегося компрессора и областью низкого давления, которую он создает во время этого вращения.

через GIPHY

По мере того, как вакуумный насос продолжает работать, он в конечном итоге вытягивает газы из закрытой системы, что снижает давление ниже давления атмосферы, окружающей систему снаружи.

Нагревательная лампа для удаления влаги

По мере снижения давления любая влага в системе будет легче кипеть и испаряться. Мы можем добавить немного тепла с помощью тепловой лампы или тепловой пушки, чтобы помочь ему испариться.


Описание вакуумных насосов

Как работают центральные вакуумные двигатели и многое другое

Как они работают и что они делают

Конечно, на Земле нет такого понятия, как настоящий вакуум. Так что же на самом деле делает центральный пылесос? Центральные пылесосы «тянут» с большой силой, используя энергию турбины.Они создают низкое давление внутри вакуумного блока, что позволяет воздуху снаружи, который находится под давлением 400 дюймов водяного столба, устремляться внутрь контролируемым потоком. Это эффект вакуума, за который мы все благодарны, когда дело доходит до уборки дома. Некоторые центральные вакуумные двигатели хороши для экстремального всасывания, в то время как другие хороши для перемещения воздуха на большие расстояния, например, в здании площадью 20 000 квадратных футов. В зависимости от ваших потребностей, для вашего дома есть модель центрального пылесоса MD.

Моторная анатомия Двигатели центрального пылесоса

MD обычно располагаются в основании наших блоков, что является наиболее эффективным размещением двигателя центрального пылесоса.

В вакуумном двигателе вращающиеся вентиляторы нагнетают наружный воздух через круглое отверстие диаметром 1-1/4 дюйма в нижней части корпуса (отверстие не видно на этой фотографии). Изображенный двигатель имеет две ступени вентилятора. Не вскрывая двигатель, вы можете определить количество ступеней вентилятора по количеству швов, разделяющих металлические пластины на корпусе двигателя. Диаметр этого мотора обозначается как 5,7 дюйма или ширина корпуса.

Компоненты над вращающимися вентиляторами выполняют функцию получения электричества для вращения якоря, который затем вращает вентиляторы.

Выхлоп у этого мотора периферийный — выходит через отверстия над кожухом. Другие моторы имеют тангенциальный или что-то вроде рогатого выхлопа.

Измерение вакуумного всасывания

Вакуумное «давление» или водоподъемная сила измеряется без прохождения через него воздуха. Полностью герметичный вакуум измеряет мощность или силу тяги и обычно делается путем подъема воды вверх по столбу и измерения того, на сколько дюймов поглощается вода. Другое измерение — CFM или кубические футы в минуту воздуха, которое измеряет, сколько воздуха вакуум перемещает без сопротивления — противоположность герметичного вакуума.Это два ключевых измерения, и оба должны присутствовать в хорошем соотношении, чтобы иметь удовлетворительный вакуум. Двигатели центрального пылесоса обычно крупнее портативных и обеспечивают большую мощность вакуума. Измерение AirWatts представляет собой формулу, использующую водоподъемную силу и CFM. Узнайте больше о CFM, Waterlift и Air Watts.

Принцип работы многоступенчатых вакуумных насосов Рутса

Вакуумные насосы Форе определяются как насосы, выхлоп которых достигает атмосферного давления.Они также необходимы для поддержки вторичных насосов или для создания начальных условий для их работы. Существует два типа форвакуумных насосов:

  • Сухие форвакуумные насосы, такие как спиральные, винтовые и мембранные насосы.
  • Насосы с масляным уплотнением, такие как пластинчато-роторные насосы. В этом сообщении блога мы рассмотрим ключевые принципы работы распространенных многоступенчатых вакуумных насосов.

В этом сообщении блога мы рассмотрим основные принципы работы обычных многоступенчатых вакуумных насосов.

 

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ НАСОСЫ

Многоступенчатые насосы Рутса

представляют собой сухие вакуумные насосы, используемые в системах с низким, средним, высоким и сверхвысоким вакуумом для создания «сухих» условий.

Простой (одноступенчатый) насос Рутса чаще всего используется в качестве бустерного насоса в сочетании с несколькими типами форвакуумных насосов (такими как пластинчато-роторные насосы, винтовые и жидкостно-кольцевые насосы) для улучшения (или «увеличения») конечной давление и скорость откачки. При использовании многоступенчатых насосов Рутса форвакуумный насос не требуется, и они могут работать от атмосферного давления.Многоступенчатый насос Рутса может состоять из восьми ступеней и использовать несколько наборов роторов (на общем валу). Насосы Рутса подходят там, где важна или, что более вероятно, необходима сухая и чистая атмосфера. Следовательно, они часто используются в производстве полупроводников и солнечных батарей, а также для покрытий, других промышленных применений и для научных инструментов и исследований.

 

Принципы работы

В простейшей форме насосы Рутса используют два соединенных «лопастных» ротора, вращающихся в противоположных направлениях, вращающихся внутри корпуса или кожуха статора.Газ поступает через входной фланец, расположенный перпендикулярно вращающимся узлам, и затем «изолируется» между быстро вращающимися роторами (которые вращаются в противоположных направлениях) и статором. Затем сжатый газ выбрасывается через выпускное отверстие.

 

 

Основанный на этой упрощенной модели рутс-насоса, многоступенчатый рутс-насос (который может состоять из восьми ступеней) использует несколько наборов роторов (на общем валу). Геометрия роторов создает сжатие, и, следовательно, каждая ступень создает все более высокое давление.Таким образом, продукт более низкой ступени является «исходным газом» для следующей более высокой ступени (но без каких-либо промежуточных клапанов).

 

Как и в одноступенчатых насосах (т.е. с воздуходувкой Рутса), в многоступенчатых агрегатах отсутствует контакт между роторами и корпусом статора — агрегаты герметичны, прочны и могут работать в течение длительного времени между эксплуатацией. Кроме того, новое поколение многоступенчатых насосов Рута было специально разработано для использования в тихих и чистых условиях, например, в аналитических приборах и исследовательских лабораториях, где при скорости откачки от 25 до 200 м3/ч они создают очень низкий уровень шума. до 52 дБ(А).

 

 

 

Рабочие характеристики насосов Рутса

Рабочие характеристики насосов Рутса варьируются в зависимости от ряда факторов, включая количество ступеней, размер агрегата, скорость вращения, скорость работы, температуру окружающей среды, начальное давление на входе и характеристики перекачиваемых газов.

В следующих списках приведены некоторые из наиболее очевидных и важных характеристик производительности:

  • Диапазон рабочего давления от атмосферного до нижнего 10 -2  диапазон
  • Впечатляюще высокая скорость откачки от 25 до 200 м 3 /час
  • Хорошая производительность при использовании для перекачки легких газов
  • Очень низкий уровень шума (даже при высоких скоростях вращения)
  • Практически полное отсутствие вибраций

В этом видеоролике демонстрируются некоторые особенности многоступенчатого вакуумного насоса Рутса:

Источник: Leybold

 

приложений

Многоступенчатые насосы Рутса в основном используются там, где их характеристики сухой, чистой и высокой скорости откачки могут быть использованы с максимальной выгодой.В результате их приложения включают в себя: аналитические приборы, НИОКР и космос, полупроводниковую и солнечную промышленность, а также лазерную промышленность. Они также используются в печах, металлургии и различных покрытиях (где их очень сухой характер является очень выгодным).​

 

Преимущества и трудности   

Многоступенчатые рутовые насосы имеют много преимуществ по сравнению с другими насосами и на удивление мало недостатков или ограничений.

Основными преимуществами многоступенчатых насосов Рутса являются то, что они очень компактны и бесшумны, имеют длительный срок службы, не имеют контакта между движущимися частями и, следовательно, не изнашиваются, не образуются частицы или не требуется масло, которое в противном случае загрязнило бы вакуумную систему. и конечный продукт.

Однако у многоступенчатых корневых насосов есть несколько недостатков. К ним относятся: относительно высокие затраты на обслуживание и более низкая производительность насоса при работе с давлением, близким к атмосферному. Кроме того, они способны обеспечивать только небольшие перепады давления, поэтому они используются в многоступенчатом формате, где каждая дополнительная ступень может опираться на повышение давления, достигнутое в результате сжатия предыдущей ступени.

Преимущества многоступенчатых насосов Рутса

  • Компактная конструкция​
  • Двигатель с частотным регулированием
  • Надежный, с длительными интервалами обслуживания
  • Уровень шума ниже, чем при разговоре человека
  • Отсутствие контакта между движущимися частями (и, следовательно, отсутствие износа)​
  • Чистая перекачка — без загрязнения частицами и без масла
  • Герметичные блоки
  • Однофазный

Недостатки многоступенчатых насосов Рута

  • Относительно более высокая стоимость обслуживания
  • При перекачивании с давлением, близким к атмосферному, их производительность ниже, чем у насосов других типов
  • Не подходит для перекачивания жидкостей

Узнайте больше о наиболее распространенных типах вакуумных насосов, их применении, условиях процесса и принципах работы, загрузив нашу электронную книгу сегодня:

 

Конструкция / Принцип работы

4.7.1 Конструкция / Принцип работы

Принцип работы одноступенчатых насосов Рутса соответствует принципу действия многоступенчатых насосов, т.к. описано в главе 4.5. В вакуумном насосе Рутса два синхронно вращающиеся в противоположных направлениях роторы (4) бесконтактно вращаются в корпусе (рис. 4.16). Роторы имеют конфигурацию «восьмерка» и разделены друг от друга и от статора узким зазором. Их работа принцип аналогичен шестеренчатому насосу с одним двухзубчатым каждая шестерня перекачивает газ от впускного отверстия (3) к выпускному порт (12).Один вал приводится в движение двигателем (1). Другой вал синхронизированы с помощью пары шестерен (6) в редукторной камере. Смазка ограничивается двумя камерами подшипника и шестерни, которые отгорожен от камеры всасывания (8) лабиринтными уплотнениями (5) с компрессионные кольца. Потому что при всасывании нет трения камера, вакуумный насос Рутса может работать на высоких скоростях вращения (1500 – 3000 об/мин). Отсутствие возвратно-поступательных масс также обеспечивает безотказную динамическую балансировку, что означает, что пылесос Рутса насосы работают очень тихо, несмотря на их высокие скорости.

Дизайн

Подшипники вала ротора расположены в двух боковых крышках. Они есть сконструированы как неподвижные подшипники с одной стороны и как подвижные (свободные) подшипники с другой стороны, чтобы обеспечить неравное тепловое расширение между корпусом и ротор. Подшипники смазываются маслом, которое вытесняется подшипники и шестерни защитными дисками. Ввод карданного вала в снаружи в стандартных версиях уплотняется радиальными уплотнительными кольцами вала изготовлены из FPM, которые погружены в уплотнительное масло.Для защиты вала, уплотнительные кольца надеваются на защитную втулку, которую можно заменить при изношенный. Если требуется герметичное уплотнение снаружи, насос также может приводиться в движение с помощью муфты постоянного магнита с банкой. Этот конструкция обеспечивает скорость утечки $Q_I$ менее 10 -6 Па·м 3 с -1 .

Свойства насоса, нагрев

Поскольку насосы Рутса не имеют внутреннего сжатия или выпускного отверстия. клапан, когда всасывающая камера открывается, ее объем газа возвращается обратно во всасывающую камеру и затем должен быть повторно выгружен против выходное давление.В результате этого эффекта, особенно в наличие высокого перепада давления между входом и выходом, генерируется высокий уровень рассеяния энергии, что приводит к значительный нагрев насоса при малых расходах газа, которые только транспортируют малое количество тепла. Вращающиеся поршни Рутса относительно трудно охлаждать по сравнению с корпусом, так как они практически с вакуумной изоляцией. Следовательно, они расширяются больше, чем корпус. К предотвратить контакт или заедание, максимально возможное давление дифференциал, а значит, и рассеиваемая энергия ограничены перепускной клапан (7).Он соединен со стороной впуска и давлением стороне перекачивающих каналов. Нагруженная весом пластина клапана открывается когда максимальный перепад давления превышен и позволяет большая или меньшая часть всасываемого газа возвращается из со стороны нагнетания на сторону всасывания, в зависимости от пропускной способности. Из-за ограниченный перепад давления, стандартные насосы Рутса не могут сброс против атмосферного давления и требуют форвакуумного насоса. Однако вакуумные насосы Рутса с перепускными клапанами можно включить. вместе с форвакуумным насосом даже при атмосферном давлении, таким образом увеличивая скорость прокачки с самого начала.Это сокращает время эвакуации.

Рисунок 4.16: Принцип действия насоса Рутса

Форвакуумные насосы

Одноступенчатые или двухступенчатые пластинчато-роторные насосы или наружные лопастные насосы насосы используются в качестве форвакуумных насосов с масляной смазкой. Винтовые насосы или многоступенчатые насосы Рутса могут использоваться в качестве сухих форвакуумных насосов. Насос комбинации, такие как эти, могут использоваться для всех приложений с высокая скорость откачки в диапазоне низкого и среднего вакуума.Жидкостное кольцо насосы также могут использоваться в качестве форвакуумных насосов.

Насосы Рутса с газовым циркуляционным охлаждением

Чтобы вакуумные насосы Рутса могли работать против атмосферных давление, некоторые модели имеют газовое охлаждение и не имеют перепускных клапанов (рис. 4.17). В этом случае газ, вытекающий из выходного фланца (6) через охладитель (7) повторно поступает в середину всасывания камера (4). Этот искусственно созданный поток газа охлаждает насос, позволяя ему сжиматься против атмосферного давления.Вход газа есть управляется поршнями Рутса, что устраняет необходимость в каком-либо дополнительные клапаны. Нет возможности тепловой перегрузки, даже при работе на предельном давлении.

Рисунок 4.17: Принцип действия насоса Рутса с газовым охлаждением

На рис. 4.17 показано поперечное сечение Вакуумный насос Рутса. Направление потока газа вертикальное сверху вниз. дно, что позволяет жидким или твердым частицам, увлекаемым на входе поток, чтобы течь вниз.В фазе I камера (3) открывается вращение поршней (1) и (2). Газ поступает в камеру через входной фланец (5) при давлении $p_1$. Во II фазе камера (3) герметизирована как от впускного фланца, так и от напорный фланец. Входное отверстие (4) для охлаждающего газа открыто вращением поршней в фазе III. Камера (3) заполнена до выходного давления $p_2$, и газ продвигается к напорный фланец.Первоначально объем всасывания не изменяется при вращательное движение поршней Рутса. Газ сжимается за счет поступающий охлаждающий газ. Поршень Рутса теперь продолжает вращаться (фаза IV), и это движение проталкивает уже сжатый газ над охладителем. (7) на сторону нагнетания (этап V) при давлении $p_2$.

Насосы Рутса с газовым охлаждением могут использоваться в диапазоне давлений на входе от 130 до 1013 гПа. Потому что на всасывании нет смазки камеру, они не выделяют туман и не загрязняют среду, прокачивается.Последовательное соединение двух таких насосов позволяет предельное давление должно быть снижено до 20-30 гПа. В комбинации с дополнительные вакуумные насосы Рутса, предельное давление может быть снижено до диапазон среднего вакуума.

Скорость откачки и степень сжатия

Характерными рабочими характеристиками насосов Рутса являются скорость и степень сжатия. Теоретическая скорость откачки $S_{th}=S_0$ — объемный расход, который насос вытесняет без противодавление.Степень сжатия $K_0$ при работе без газа рабочий объем (входной фланец закрыт) зависит от выходного давления $p_2$. Диапазон скоростей откачки от 200 м 3 · ч -1 до нескольких тысяч м 3 · ч -1 . Типичный Значения $K_0$ находятся в диапазоне от 10 до 75.

Рисунок 4.18: Коэффициент сжатия воздуха без нагрузки для Рутса насосы

На степень сжатия негативно влияют два эффекта:

  • За счет обратного потока в зазоры между поршнем и корпусом
  • Газом, который адсорбируется на поверхности поршень на выпускной стороне и повторно десорбируется после вращения в направлении сторона всасывания.

В случае давления на выходе от 10 -2 до 1 гПа молекулярные поток преобладает в зазорах уплотнения, что приводит к меньшему обратному потоку из-за их низкая проводимость. Однако объем перекачиваемого газа обратно через адсорбцию, которая относительно высока по сравнению с объем перекачиваемого газа, снижает степень сжатия.

$K_0$ является самым высоким в диапазоне от 1 до 10 гПа, так как молекулярный поток по-прежнему преобладает из-за низкого входного давления в уплотнительные зазоры насоса, поэтому противоток низкий.Поскольку газ транспорт через адсорбцию не зависит от давления, он меньше важен, чем пропорциональный давлению поток газа, который транспортируется по скорости откачки.

При давлении более 10 гПа в зазоры и проводимости зазоров значительно увеличиваются, что приводит к снижению степени сжатия. Этот эффект особенно заметно в насосах Рутса с газовым охлаждением, которые достигают степени сжатия только приблизительно $K_0$ = 10.

Ширина зазора оказывает большое влияние на степень сжатия. Из-за разного теплового расширения поршней и корпуса, однако они не должны опускаться ниже определенных минимальных значений, чтобы избегать контакта ротор-статор.

Вакуумные насосы | Дизайн машины


В принципе, промышленные вакуумные насосы представляют собой просто компрессоры, работающие с впускным отверстием, присоединенным к вакуумной системе, и выпускным отверстием, открытым для выхлопа.В меньших размерах компрессоры и вакуумные насосы часто представляют собой идентичные машины. Однако при больших размерах, которые могут питать вакуумную систему всего предприятия, машины отличаются незначительными особенностями, которые предназначены для повышения эффективности того или иного применения. Производители настоятельно рекомендуют не использовать одну и ту же машину одновременно для вакуума и сжатия. Большие нагрузки повредят его.

Выбор насоса осуществляется по трем критериям: степень создаваемого вакуума, скорость удаления воздуха и требуемая мощность.Однако такие приложения, как фильтрация, могут привести к попаданию в устройство посторонних материалов.

Первым критерием производительности насоса является создаваемый им вакуум. Производители указывают максимальное значение вакуума, выраженное в виде абсолютного давления в мм ртутного столба или вакуума в дюймах ртутного столба. Более крупные агрегаты обычно рассчитаны только на непрерывный режим работы, а агрегаты меньшего размера могут иметь более высокое значение вакуума для прерывистого режима работы. В небольших устройствах соображения повышения температуры ограничивают вакуум, который можно создать.

Постоянные и периодические значения вакуума определены для стандартного атмосферного давления: 29,92 дюйма. ртутного столба Более низкое давление окружающей среды снижает вакуум, который может быть получен. Рейтинг определяется из:

Va = ( Vo * Па ) / 29,92


где Va = скорректированное значение вакуума, дюйм рт.ст.; Vo = исходное значение вакуума при стандартных условиях, дюймы ртутного столба; и Па = ожидаемое атмосферное давление в месте нанесения, дюйм.ртутного столба

Скорость удаления воздуха – второй критерий. Вакуумные насосы рассчитаны на расход в соответствии с объемом откачиваемого воздуха без перепада давления на насосе. Производители предоставляют кривые, показывающие свободную подачу воздуха при номинальной скорости для уровней вакуума в диапазоне от 0 дюймов до рт. ст. (так называемая «открытая емкость») до максимального значения вакуума. Некоторые производители также предоставляют кривые производительности при разных скоростях для заданного вакуума.

Последним критерием насоса является потребляемая мощность. По сравнению с воздушными компрессорами вакуумные насосы потребляют относительно мало энергии.При малых расходах вакуум (или перепад давления) высок; при высоких расходах вакуум низкий. Поэтому мощность, которая пропорциональна расходу и перепаду давления, обычно невелика.

Выходную мощность насоса можно определить по кривым напор-расход, предоставленным производителями. Требования к входной мощности и скорости также указаны в данных. Общий КПД насоса (включая объемный и механический КПД) можно оценить путем объединения этих данных. Это делается путем деления производительности насоса по свободному воздуху при требуемом уровне вакуума на мощность привода, требуемую в этих условиях.Результат пропорционален произведению манометрического вакуума и расхода воздуха и отражает эффективность.

На все три критерия производительности — вакуум, расход и мощность — может влиять температура насоса. При более высоких уровнях вакуума через насос проходит мало воздуха, поэтому воздуху передается мало тепла. Большая часть тепла, выделяемого трением, должна отводиться насосом. Это тепло постепенно повышает температуру насоса и может резко сократить срок службы. Температурные отклонения особенно важны для насосов с повторно-кратковременным режимом работы, которые могут перегреться, если время включения значительно превышает время простоя.

Вакуумные насосы классифицируются как объемные и объемные. Объемный насос создает вакуум, изолируя и сжимая определенный постоянный объем воздуха. Сжатый воздух выпускается из одного порта, а вакуум создается в другом порту, где всасывается воздух. Это создает относительно высокий вакуум, но небольшой поток.

Непрямой объемный насос, с другой стороны, использует вращающиеся лопасти рабочего колеса для ускорения воздуха и создания вакуума на входном отверстии.Хотя насосы прямого вытеснения не могут создавать высокий уровень вакуума, они обеспечивают высокую скорость потока.

Основные типы объемных вакуумных насосов включают поршневые, диафрагменные, качающиеся поршни, роторно-лопастные, роторно-лопастные, винтовые и жидкостно-кольцевые конструкции.

Поршневые насосы создают относительно высокий вакуум — от 27 до более чем 29 дюймов ртутного столба — в различных условиях эксплуатации. Типичные насосы этого типа имеют один или несколько поршней, соединенных с вращающимся коленчатым валом.Переменное действие поршня перемещает воздух мимо обратных клапанов в головке блока цилиндров, создавая вакуум во впускном отверстии. Поршневые насосы со смазкой работают тише, производят меньшую вибрацию, имеют более высокую производительность и имеют гораздо более длительный срок службы, чем безмасляные насосы, но они также тяжелее и дороже.

Мембранные насосы обладают тем преимуществом, что жидкостная камера полностью изолирована от насосных механизмов. Эксцентриковый шатун механически изгибает диафрагму внутри закрытой камеры, создавая вакуум.Это приводит к несколько более низкому вакууму по сравнению с поршнем с возвратно-поступательным движением. Однако более низкая степень сжатия диафрагмы — низкий расход, большой диаметр и короткий ход — обеспечивают тихую, экономичную и надежную работу. Конструкция доступна как в одноступенчатом, так и в двухступенчатом вариантах. Одноступенчатые насосы обеспечивают вакуум до 25,5 дюймов рт. ст., а двухступенчатые — до 29 дюймов рт. ст.

Насосы с качающимся поршнем сочетают в себе компактный размер и тихую безмасляную работу диафрагменного насоса с возможностями высокого вакуума поршневого насоса с возвратно-поступательным движением.Здесь поршень жестко закреплен (без поршневого пальца) поверх эксцентрикового шатуна мембранного блока. Эластомерная манжета огибает поршень и действует как уплотнение (аналогично кольцам поршневого компрессора) и как направляющий элемент для штока. Чашка расширяется по мере движения поршня вверх, таким образом поддерживая контакт со стенками цилиндра и компенсируя качание. Отсутствие штифта для запястья является ключом к малому весу и компактным размерам помпы.

Одноступенчатые насосы с качающимся поршнем создают вакуум до 27.5 дюймов ртутного столба; двухступенчатые конструкции могут создавать вакуум в 29 дюймов ртутного столба или более. Насосы с качающимся поршнем также относительно тихие, работая при уровне шума всего 50 дБА. Недостатком насосов с качающимся поршнем является то, что они не могут создавать большой поток воздуха. Даже самые большие двухцилиндровые модели имеют скорость потока менее 10 кубических футов в минуту.

В пластинчато-роторных насосах используется ряд скользящих плоских лопастей, вращающихся в цилиндрическом корпусе для создания вакуума. Когда эксцентрично установленный ротор вращается, лопасти скользят внутрь и наружу, захватывая некоторое количество воздуха и перемещая его со стороны впуска насоса к выпуску.

Пластинчато-роторные насосы обычно имеют более низкие показатели вакуума, чем поршневые насосы, в диапазоне от 20 до 28 дюймов ртутного столба. Однако есть несколько исключений. Некоторые двухступенчатые конструкции с масляной смазкой имеют вакуум до 29,5 дюймов ртутного столба. Насосы с рециркуляционными масляными системами достигают еще более высокого вакуума в диапазоне менее 1 торр. Насосы обладают рядом преимуществ, включая высокую пропускную способность, низкие требования к пусковому и рабочему крутящему моменту, работу без вибрации и непрерывный поток воздуха. В ротационной конструкции клапаны не ограничивают поток и не требуют обслуживания.Компактные устройства также бесшумны, генерируя всего 45 дБА или звук.

В зависимости от области применения и требуемого уровня вакуума экономичной альтернативой использованию высоковакуумного насоса являются два стандартных ступенчатых пластинчато-роторных насоса. Или насос большого объема с малым режимом работы, рассчитанный на непрерывную работу с давлением 20 дюймов ртутного столба, иногда может работать при ограниченном потоке воздуха или в условиях «заглушки» в течение коротких периодов времени для обеспечения более высокого вакуума. Как и в случае с другими типами насосов, доступных как со смазкой, так и без масла, пластинчато-роторные насосы со смазкой способны создавать более высокий вакуум по сравнению с безмасляными конструкциями.

Жидкостно-кольцевые насосы имеют многолопастное рабочее колесо, установленное эксцентрично в цилиндрическом корпусе, частично заполненном водой. При вращении крыльчатки жидкость выбрасывается наружу под действием центробежной силы, образуя жидкостное кольцо, концентричное периферии корпуса. Благодаря эксцентричному расположению крыльчатки воздушное пространство в ячейке крыльчатки расширяется в течение первых 180° поворота, создавая вакуум. Во время следующего поворота на 180° воздушное пространство уменьшается, высвобождая сжатый воздух и воду.Жидкостное кольцо не только является сжимающей средой, но и поглощает тепло сжатия, а также любые порошкообразные или жидкие пробки, увлекаемые воздухом.

Винтовые и лопастные вакуумные насосы представляют собой два других типа поршневых насосов. Ни одна из смазываемых конструкций не используется так широко, как пластинчато-роторные и поршневые насосы, особенно в меньших размерах. Из-за размера шестерен и роторов обе конструкции подходят для более крупных установок.

Вакуумные возможности винтовых насосов аналогичны характеристикам поршневых насосов, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что они почти не имеют импульсов.Два зацепляющихся ротора со спиральными контурами захватывают воздух, когда шнеки вращаются в противоположных направлениях. Это действие создает камеры уменьшающегося объема позади и увеличивающегося объема перед камерами ротора.

Насосы с лопастным ротором занимают промежуточное положение между поршневыми и поршневыми агрегатами. Насосы имеют пару сопряженных лопастных рабочих колес, которые вращаются в противоположных направлениях, захватывая воздух и удаляя его из системы.

Высокоскоростные многоступенчатые центробежные воздуходувки и регенеративные воздуходувки являются основными типами насосов прямого вытеснения, обычно работающих на высоких скоростях и достигающих умеренных уровней вакуума.

Центробежные воздуходувки, например, , являются отличным выбором, когда требуется только прерывистое использование. Чтобы снизить затраты, эти нагнетатели, которые широко используются в пылесосах, питаются от короткоживущих щеточных двигателей переменного или постоянного тока.

Регенеративные воздуходувки имеют много преимуществ, поскольку отдельные молекулы воздуха проходят множество циклов сжатия с каждым оборотом по сравнению с однократным сжатием на ступень для многоступенчатых центробежных типов. На первый взгляд регенеративные нагнетатели похожи на пластинчато-роторные насосы, но имеют особую конфигурацию лопастей и корпуса.

При вращении крыльчатки центробежная сила перемещает молекулы воздуха от основания лопасти к ее кончику. Покидая кончик лопасти, воздух обтекает контур корпуса и возвращается к основанию следующей лопасти, где схема течения повторяется. Это действие обеспечивает квазиступенчатый эффект для увеличения способности перепада давления. Скорость вращения рабочего колеса определяет степень изменения давления.

Конечным результатом является не особенно высокий вакуум — примерно 100 дюймов.h3O в одноступенчатых моделях. Но пропускная способность очень высока, до нескольких сотен кубических футов в минуту. Многоступенчатые версии обеспечивают более высокий уровень вакуума, но при более низких скоростях потока.

Как работают пластинчато-роторные вакуумные насосы?

Если вы работаете или управляете предприятием, в котором используются пластинчато-роторные вакуумные насосы, в ваших интересах понять принцип их работы.

По простейшему определению, пластинчато-роторный вакуумный насос представляет собой разновидность насосной технологии, которая способствует сжатию воздуха в камере для создания вакуума.

Эти насосы работают по принципу объемного вытеснения. Роторно-пластинчатые вакуумные насосы состоят из ротора, установленного внутри статора или корпуса. Центробежная сила заставляет лопасти ротора раздвигаться дальше друг от друга, захватывая входящий воздух и расширяя его в камере для создания вакуума.

Несмотря на то, что эти насосы бывают разных размеров и конструкций, существует две основные категории пластинчато-роторных вакуумных насосов: со смазкой и без смазки. В этой статье мы обсудим принципы работы каждого из них.

Принцип работы пластинчато-роторного вакуумного насоса со смазкой:

  1. Ротационно-лопастная система работает по принципу увеличения давления за счет уменьшения объема. Лопасти вращаются внутри цилиндра, а тонкая масляная пленка внутри цилиндра означает, что износа практически нет.
  2. Перепад давления внутри корпуса обеспечивает смазку маслом. В этом помогают трубы между корпусами.
  3. Ротор расположен эксцентрично внутри корпуса.Центробежная сила прижимает лопасти к стенке корпуса, в результате чего образуются три камеры, захватывающие воздух.
  4. Как только открывается первая камера, воздух проходит через всасывающий фланец в камеру компрессора.
  5. При вращении ротора следующая лопасть закрывает первую камеру и открывает вторую. Это точка, где лопасти находятся дальше всего друг от друга и пропускают максимальный объем воздуха.
  6. Затем смесь нефти и газа сжимается с помощью уменьшения объема, а затем вдувается в корпус маслоотделителя.
  7. Некоторые конструкции насосов включают выпускные клапаны, которые предотвращают обратный поток воздуха после достижения максимального давления или при выключении насоса.
  8. Нефть и газ отделяются друг от друга с помощью процесса, происходящего в корпусе маслоотделителя. Масло отводится в маслосборник. Этот процесс позволяет удалить из воздуха 95-98% масла.
  9. Оставшаяся масляно-газовая смесь затем пропускается через фильтры тонкой очистки для удаления оставшихся частиц масла.Позже эти частицы будут возвращены в масляный контур насоса через поплавковый клапан.
  10. Теперь, когда газ практически не содержит масла, его можно выпустить через воздуховыпускное отверстие или через трубы или шланги.

Принцип работы пластинчато-роторных вакуумных насосов сухого хода

Эти насосы работают по принципу, очень похожему на смазываемые насосы:

  1. Как и насосы со смазкой, насосы с осушением работают по принципу увеличения давления за счет уменьшения объема.
  2. В этих насосах используются сухие графитовые лопасти, которые трутся о поверхность корпуса цилиндра, создавая графитовый слой, защищающий насос от износа.
  3. Как и их аналоги со смазкой, эти насосы также должны фильтровать воздух после его сжатия, чтобы удалить любые частицы и выдуть их. Кроме того, в насосах этого типа воздух обычно проходит через охладитель для снижения температуры выхлопа.

Свяжитесь с PFS Pumps сегодня

Если вам требуется установка или техническое обслуживание пластинчато-роторных вакуумных насосов, мы можем помочь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.