Вакуумные двигатели их устройства и принцип работы

Что такое вакуумный насос. Какие признаки неисправности и устранение. Что такое вакуумный насос и для чего он нужен.

Автомобильный вакуумный насос – такие устройства присутствуют в конструкции практически всех современных машин. Чаще всего их используют в качестве усилителя тормозной системы. Но эти устройства могут использоваться и для других целей, например, для управления турбонагнетателями либо для улучшения работы климат-контроля.

Принцип работы вакуумных насосов различных типов, их особенности

Принцип работы вакуумного насоса заключается в создании разрежения в определенной области. Устройства, которые применяют в автомобилестроении обычно рассчитаны на разрежение до 0,7-0,9 бар. Удаленный из вакуумной системы воздух затем поступает в картер коленвала либо подается к головке блока цилиндров.

Место размещения таких устройств чаще всего располагается рядом с головкой блока цилиндров либо непосредственно на ней. За счет этого достигается непрерывное снабжение устройства маслом, а в действие его приводит распредвал.

В зависимости от строения вакуумные насосы делят на виды:

1. Поршневые. Создают разрежение путем движения расположенного внутри корпуса устройства поршня и работы клапанов. Подвидом такой конструкции можно считать штанговые насосы, в них функцию поршня выполняет специальная штанга.
2. Мембранные. Вакуум создается при смещении внутреннего маятника и мембраны. За счет отсутствия трущихся частей практически не подвержен поломкам из-за загрязнений.
3. Пластинчатые. Высокая степень разрежения достигается за счет движения ротора с закрепленными на нем пластинами.

Поршневые и мембранные устройства сейчас применяют редко. В современных авто используют пластинчатые разновидности насосов либо комбинируют их с другими разновидностями (топливно/вакуумные, вакуумно/масляные).

Работает вакуумный усилитель тормоза следующим образом:

1. В обычном состоянии диафрагма, связанная с тормозным цилиндром прижата к стенке атмосферной части полости возвратной пружиной. При этом давление в камерах практически одинаковое (значительно ниже атмосферного), что обеспечивает работа следящего клапана.
2. При торможении усилие подается на диафрагму и смещает ее. В результате через перепускной клапан в атмосферную камеру попадает воздух. За счет разницы давлений он смещает перегородку между полостями, которая при смещении передает усилие на гидроцилиндр.
3. Когда водитель убирает ногу с тормозной педали возвратная пружина подает диафрагму назад. Это ведет к прижатию перегородки к стенке атмосферной полости, перекрытию перепускного клапана и вакуумированию всего внутреннего объема.

Разрежение при этом создается за счет работы поршня в цилиндре. В момент впуска топлива он опускается вниз, что создает область пониженного давления. Посредством шланга в нее откачивается воздух и вакуумной полости. В бензиновых моторах дополнительные насосы устанавливают редко, так как работы поршней достаточно для откачки воздуха, дополнительные насосы чаще используют в дизельных машинах.

Основные неисправности

Вакуумный насос входящий в состав тормозной системы автомобиля нередко выходит из строя. Это связано с тем, что устройство подвергается достаточно высоким нагрузкам, чувствительно к загрязнениям. Главные признаки неисправности:

1. Заметное снижение эффективности работы тормозов.
2. Двигатель начинает «троить».
3. Педаль тормоза начинает туго продавливаться.

Эти проблемы вызваны потерей герметичности в системе. Обычно возникают в результате повреждения шланга откачки воздуха, которые соединяет впускной коллектор и усилитель. Но бывают и другие неисправности:

1. Нарушение герметичности атмосферной либо вакуумной камерах.
2. Повреждения внутренних механизмов насоса.
3. Поломки клапанов.
4. Выход из строя возвратной пружины.

Важно понимать, что даже если насос полностью прекратит функционировать тормозная система останется работоспособной. Но ее работа заметно ухудшиться, что может стать причиной серьезной аварии в результате потери управления транспортным средством.

При первых признаках неисправности необходимо провести диагностику работы вакуумной системы. Даже не обладая серьезными навыками можно выполнить поверхностный осмотр, что позволит обнаружить повреждения шланга либо нарушения целостности корпуса. Но для поиска более серьезных неисправностей лучше обратиться в специализированный центр.

Заключение

Чаще всего неисправности усилителя тормозов легко исправить заменой износившейся части. Но если был поврежден корпус – придется заменить весь узел. Также полная замена рекомендуется после ремонта поврежденного двигателя так как работа насоса тесно связана с ним. Это позволит в дальнейшем избежать нанесения косвенного ущерба тормозной и двигательной системе.

Способ работы вакуумного двигателя и вакуумный двигатель

Способ работы вакуумного двигателя и вакуумный двигатель относятся к энергомашиностроению.

Способ реализуется за счет того, что создают разрежение в рабочих камерах путем сообщения их с вакуумной камерой для перемещения поршней к ВМТ и подачи в рабочие камеры воздуха для перемещения поршней к НМТ, на крышке блока для каждого цилиндра устанавливают пружинные клапаны со штоками, один конец каждого из которых обращают к поршню для давления на его шток при перемещении поршня к ВМТ и сообщают рабочие камеры с атмосферой при изменении положения штоков под давлением поршней для впуска воздуха и перемещения поршней к НМТ. Двигатель снабжен компрессором и распределительным валом с кулачками и толкателями, поршни соединены с коленчатым валом посредством шатунов, в крышке блока цилиндров для каждого цилиндра выполнены отверстия: одно — для сообщения рабочей камеры с вакуумной камерой посредством патрубка с краном, связанным с распределительным валом через толкатель, а второе — для подачи воздуха в рабочую камеру, каждый пружинный клапан имеет корпус и шток, снабженный упором и пружиной для взаимодействия с поршнем. Изобретение обеспечивает возможность регулирования мощности двигателя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

• Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкции вакуумного двигателя и способу его работы.
• Известен способ работы многотопливного двигателя, который заключается в следующем: разворачиваются коренные наружные и внутренние эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами относительно коренных шеек коленчатого вала, тем самым поднимается или опускается коленчатый вал вместе с поршнями и обеспечивается регулировка объема камер в зависимости от вида топлива, а шатунные внутренние и наружные эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами также разворачиваются относительно шатунных шеек коленчатого вала, и обеспечивается оптимальный объем камеры сгорания в зависимости от величины нагрузки на двигатель для конкретного вида топлива (патент РФ №2144992, 2001).
• Многотопливный двигатель внутреннего сгорания содержит коренные внутренние и наружные эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами, шатунные внутренние и наружные эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами, поршни, камеру сгорания (патент РФ №2144992, 2001).
• Преимущество указанного двигателя заключается в том, что повышается эффективность его работы.
• Недостатками являются сложность конструкции и выделение большого количества отработанных газов в окружающую среду, что негативно влияет на экологическую обстановку.
• Кроме того, при работе этого двигателя осуществляется тепловое воздействие на детали двигателя, что приводит к нарушению геометрии деталей, а в блоке и головке блока двигателя происходит кавитационное разрушение, из-за чего ресурс эксплуатации этого двигателя невысок.
• Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ работы вакуумного двигателя, включающий создание разрежения в рабочей камере путем сообщения ее с вакуумной камерой для перемещения поршня к верхней мертвой точке и подачу в рабочую камеру газа для перемещения поршня к нижней мертвой точке.

Для воздействия на поршень в рабочую камеру подают аммиак. Для создания разрежения в рабочей камере в вакуумную камеру подают хлористый водород.

Под влиянием реакции аммиака и хлористого водорода и образования твердого нашатыря, оседающего на стенках вакуумной камеры, в последней образуется пониженное давление.

В результате этого поршень под давлением внешнего атмосферного давления поднимается к верхней мертвой точке (а.с. СССР №23033, кл. F01В 29/02, 1931).

Вакуумный двигатель для реализации указанного способа включает цилиндры с поршнями, образующие рабочую камеру, поршень соединен с коленчатым валом через шатун, в крышке цилиндра выполнены отверстия, одно — для сообщения рабочей камеры цилиндра с вакуумной камерой через вакуумный патрубок, снабженный краном, а второе — для подачи газа в рабочую камеру. Устройство имеет резервуар для хлористого водорода, который подают через патрубок в вакуумную камеру (а.с. СССР №23033, кл. F01В 29/02, 1931).

Недостатком данного способа и устройства для его осуществления является использование высокотоксичных газов — аммиака и хлористого водорода.

Это предъявляет жесткие требования по обеспечению безопасности и ограничивает возможность использования данного решения в связи с возможностью утечки газов и загрязнения окружающей среды.

Кроме того, в данном устройстве невозможно регулировать мощность, так как в замкнутом объеме вакуумной камеры сложно создавать высокое или низкое разрежение за счет образования твердого нашатыря в результате реакции аммиака и хлористого водорода.

1. Задачей изобретения является создание усовершенствованного способа работы вакуумного двигателя и устройство для его осуществления.
2. Технический результат — повышение безопасности работы за счет исключения использования токсичных компонентов и обеспечение регулирования мощности устройства — достигается тем, что в способе работы вакуумного двигателя, включающем создание разрежения в рабочей камере путем сообщения ее с вакуумной камерой для перемещения поршня к верхней мертвой точке и подачу в рабочую камеру газа для перемещения поршня к нижней мертвой точке, согласно изобретению, на крышке цилиндра устанавливают пружинный клапан со штоком, один конец которого обращают к поршню для оказания давления на шток при перемещении поршня к верхней мертвой точке и сообщают рабочую камеру с атмосферой через пружинный клапан при изменении положения штока под давлением поршня для запуска воздуха и перемещения поршня к нижней мертвой точке.
3. Вакуумный двигатель для реализации предлагаемого способа, включающий цилиндры с поршнями, образующие рабочие камеры, поршни соединены с коленчатым валом через шатуны, в крышке каждого цилиндра выполнены отверстия, одно — для сообщения рабочей камеры цилиндра с вакуумной камерой через вакуумный патрубок, снабженный краном, а второе — для подачи газа в рабочую камеру, согласно изобретению, снабжен компрессором, распределительным валом с кулачками и толкателями, каждый из цилиндров имеет пружинный клапан, расположенный со стороны отверстия для подачи газа, в корпусе пружинного клапана установлен с возможностью взаимодействия с поршнем и перемещения шток, снабженный упором и пружиной, в корпусе клапана выполнено отверстие для сообщения рабочей камеры с атмосферой, а кран на каждом вакуумном патрубке связан с распределительным валом через толкатель.
4. Установка на крышке цилиндра пружинного клапана со штоком обеспечивает возможность сообщения рабочей камеры с атмосферой и позволяет использовать атмосферный воздух в качестве рабочего тела для перемещения поршня к нижней мертвой точке.

Создание разрежения в рабочей камере двигателя с помощью компрессора исключает применение каких-либо токсичных газов и обеспечивает безопасность работы двигателя.

При этом достигается возможность регулирования мощности и расширяется область использования двигателя, так как в связи с отсутствием ядовитых компонентов и токсичных выхлопов он может быть установлен в закрытых и непроветриваемых помещениях.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид вакуумного двигателя; на фиг.2 — пульт управления, общий вид; на фиг.3 — пружинный клапан, продольный разрез.

Вакуумный двигатель включает вакуумную камеру 1, соединенную с компрессором 2, вакуумный трубопровод 3, крышки цилиндров 4, между крышкой 4 и блоком цилиндров имеется уплотнительная прокладка 5.

На вакуумном трубопроводе 3 установлен автоматический кран 6 для подачи вакуума из вакуумной камеры 1 в вакуумный трубопровод 3. Между вакуумной камерой 1 и компрессором 2 установлены краны 7 и 8.

На вакуумном трубопроводе 3 установлен вакуумный патрубок 9 с краном 10.

Вакуумный двигатель включает цилиндры 30, 33, 36 и 38 с поршнями 29, 32, 35 и 39, образующие рабочие камеры. Поршни соединены с коленчатым валом (не показан) через шатуны 31, 34, 37 и 40. Цилиндры 30, 33, 36 и 38 размещены в блоке 41.

В крышке 4 каждого цилиндра выполнены отверстия, одно 13, 18, 22 и 26 — для сообщения рабочей камеры цилиндра с вакуумной камерой 1 через вакуумные патрубки 9, 14 и вакуумные шланги 12, 16, 19 и 23, а второе 51 — для подачи газа в рабочую камеру. Распределительный вал 27 выполнен с кулачки (не показаны).

Каждый из цилиндров 30, 33, 36 и 38 имеет пружинный клапан, расположенный со стороны отверстия 51 для подачи газа.

В корпусе 48 пружинного клапана установлен с возможностью взаимодействия с поршнем и перемещения шток 50, снабженный упором 52 и пружиной 49, в корпусе 48 клапана выполнено отверстие 51 для сообщения рабочей камеры с атмосферой. Упор 52 имеет изолирующую прокладку 53.

Каждый из кранов 10, 15, 20 и 24 на вакуумных патрубках 9, 14 связан с распределительным валом 27 через толкатель 11, 17, 21 и 25 с пружиной. Вакуумные шланги 12, 16, 19 и 23 соединены с отверстиями 13, 18, 22 и 26 крышки 4 за счет специальных штуцеров (не показаны). Краны 7 и 8 смонтированы на вакуумном трубопроводе 28.

Кроме того, на вакуумном трубопроводе 3 установлен стабилизатор вакуума 42, который служит для увеличения или уменьшения мощности вакуумного двигателя и который соединен с вакуумным шлангом 43 и вакуумметром 44, расположенным на приборном щитке 47, на котором также установлен тумблер 46, связанный проводами 45 с автоматическим краном 6.

Вакуумный двигатель работает следующим образом.

Включают тумблер 46 на приборном щитке 47, и вследствие чего по проводам 45 передаются импульсы на автоматический кран 6, который открывается, и вакуум из вакуумной камеры 1 распространяется по вакуумному трубопроводу 3, а оттуда по вакуумным патрубкам 9 и 14, причем, вакуумный патрубок 9 имеет меньший внутренний диаметр в сравнении с вакуумными патрубками 14. Этот фактор связан со стабилизацией давления в трубопроводе 3. Кроме того, вакуумный стабилизатор 42 выравнивает степень разрежения на всем участке вакуумного трубопровода 3.

Далее торцы толкателя 11 с пружиной, а также торец толкателя 21 с пружиной контактируют попеременно с выступами кулачков распределительного вала 27, причем другие торцы толкателей 17 и 25 со своими пружинами также контактируют с выступами кулачков распределительного вала 27.

В результате чего торцы толкателей воздействуют на пробки одного или нескольких кранов, например 10 и 15 или 20 и 24, краны открываются и сообщают вакуумные шланги 12, 16, 19 и 23 с вакуумной камерой 1 и затем с рабочей камерой в цилиндрах 30, 33, 36 и 38 через отверстия 13, 18, 22 и 26 в крышках 4.

В результате чего поршни 29, 32, 35 и 39 с шатунами 31, 34, 37 и 40 приходят в движение, так как разрежение над поршнями 29, 32, 35 и 39 и атмосферное давление на участке соединения поршней 29, 31, 32 и 34 с шатунами 31, 34, 37 и 40 предопределяют возвратно-поступательное движение поршней 29, 32, 35 и 39, и их шатуны 31, 34, 37 и 40 заставляют вращаться коленчатый вал (не показан).

Таким образом осуществляется запуск вакуумного двигателя, при этом следует отметить, что поршень перемещается к верхней мертвой точке за счет разрежения, создаваемого вакуумной камерой, и притягивания к крышке 4 блока 41. Для того, чтобы снять разрежение в рабочей камере, необходимо осуществить запуск воздуха из атмосферы. Это реализуется за счет пружинных клапанов 48.

При перемещении поршня к верхней мертвой точке он оказывает своим днищем давление на шток 50, один конец которого выступает на некоторую длину в пространство рабочей камеры между днищем поршня и головкой цилиндра, и тем самым под действием днища шток 50 перемещается в верхнее положение и сжимает упором 52 пружину 49.

По окончании перемещения штоков 50 с упорами 52 и максимальном сжатии пружины 49 открывается доступ атмосферного воздуха через отверстия 51 в рабочие камеры двигателя. Поршни получают возможность возвратно-поступательно перемещаться. В дальнейшем после доступа воздуха в рабочую камеру штоки 50 со своими упорами 52 перемещаются в первоначальное положение под действием пружины 49.

Упоры 52 штоков 50 перекрывают отверстия 51. Прокладки 53 обеспечивают герметичность системы, поэтому исключается доступ воздуха в пространство рабочей камеры. При этом вышеуказанные циклы работы пружинных клапанов при работе вакуумного двигателя повторяются вплоть до остановки работы вакуумного двигателя.

В дальнейшем при работе вакуумного двигателя в соответствии с вращением коленчатого вала с помощью шестерни включается в работу компрессор 2. С началом работы компрессора 2 автоматически открываются краны 7 и 8 на вакуумном трубопроводе 28, и в вакуумной камере 1 создается разрежение.

Вакуум вновь распространяется при открытом автоматическом кране 6 в вакуумный трубопровод 3, в вакуумные патрубки 9 и 14, а затем попеременно при открытии кранов 10, 15, 20 и 24 с помощью того или иного толкателя 11, 17, 21 и 25 попеременно по вакуумным шлангам 12, 16, 19 и 20 попеременно в цилиндры 30, 33, 35 и 38 через отверстия 13, 18, 22 и 26 крышки 4, и в это время возвратно-поступательно перемешаются поршни 29, 32, 35 и 39 со своими шатунами 31, 34, 37 и 40, которые взаимодействуют с коленчатым валом, передавая ему крутящий момент. Вращение вала приводит механизм, например, автомобиля в движение. Увеличение или уменьшение мощности вакуумного двигателя осуществляется за счет стабилизатора вакуума 42 (например, по патенту РФ №2110698). Поворотом тумблера 46 вправо или влево, установленным на приборном щитке 47, производят включение устройства, в результате чего импульсы поступают по проводам 45 в автоматический кран 6 вакуумной камеры 1, в которой после поданных импульсов увеличивается или уменьшается степень разрежения. В зависимости от этого увеличивается или уменьшается величина вакуума в рабочих камерах цилиндров 30, 33, 36 и 38, что приводит к увеличению или уменьшению мощности вакуумного двигателя.

Кроме того, ресурс эксплуатации вакуумного двигателя значительно выше, чем у двигателя внутреннего сгорания из-за отсутствия у вакуумного двигателя таких негативных факторов, как тепловые воздействия, кавитационные разрушения и другие факторы, которые влияют на нарушение геометрических параметров деталей двигателей внутреннего сгорания.

По сравнению с прототипом заявленный двигатель характеризуется безопасностью работы за счет исключения использования токсичных компонентов и позволяет регулировать мощность устройства.

1.

Способ работы вакуумного двигателя, включающего блок цилиндров с поршнями, заключающийся в создании разрежения в рабочих камерах цилиндров путем сообщения их с вакуумной камерой для перемещения поршней к верхним мертвым точкам и подачи в рабочие камеры воздуха для перемещения поршней к нижним мертвым точкам, отличающийся тем, что на крышке блока цилиндров для каждого цилиндра устанавливают пружинные клапаны со штоками, один конец каждого из которых обращают к соответствующему поршню для оказания давления на его шток при перемещении поршня к верхней мертвой точке и сообщают рабочие камеры с атмосферой посредством пружинных клапанов при изменении положения штоков под давлением поршней для впуска воздуха и перемещения поршней к нижним мертвым точкам.

2.

Вакуумный двигатель, содержащий блок цилиндров с поршнями, образующими в цилиндрах рабочие камеры, вакуумную камеру и коленчатый вал, отличающийся тем, что он снабжен компрессором и распределительным валом с кулачками и толкателями, а каждый цилиндр снабжен пружинным клапаном, при этом поршни соединены с коленчатым валом посредством шатунов, в крышке блока цилиндров для каждого цилиндра выполнены отверстия: одно с возможностью сообщения его рабочей камеры с вакуумной камерой посредством соответствующего вакуумного патрубка с краном, связанным с распределительным валом через толкатель, а второе — с возможностью подачи воздуха в рабочую камеру, причем каждый пружинный клапан цилиндра расположен со стороны отверстия для подачи воздуха и имеет корпус и шток, снабженный упором и пружиной и установленный с возможностью перемещения и взаимодействия с поршнем, и в корпусе каждого пружинного клапана выполнено отверстие с возможностью сообщения рабочей камеры с атмосферой.

Вакуумный двигатель

  (Перенаправлено с вакуумного двигателя )Перейти к навигации Перейти к поиску Анимация вакуумного двигателя

Вакуумный двигатель (называемый также пламенно-Licker двигателем, пламенно-двигателем, пламенно-танцор ) получает свою силу от давления воздуха против одной стороны поршня, который имеет частичный вакуум на другой стороне его. В начале хода клапана в головке цилиндра открывается и впускает заряд горючего газа и воздуха, который улавливается закрытием клапана и расширяется. Ближе к концу хода заряд вступает в контакт с охлаждаемой водой или воздухом частью цилиндра и охлаждается, вызывая внезапное падение давления, достаточное для всасывания поршня, который открыт в сторону кривошипа, обратно на возврате. Инсульт. Клапан открывается снова вовремя, чтобы поршень вытеснил сгоревшие газы до того, как начнется следующий ход.

История [ править ]

Некоторые ранние газовые двигатели работали по принципу «вакуума» или «атмосферы» аналогично паровому двигателю Ньюкомена .

Смесь газа и воздуха была съедена цилиндром и воспламенилась; смесь расширилась и часть ее улетела через выпускной клапан; затем клапан закрывается, смесь охлаждается и сжимается, и атмосферное давление толкает поршень внутрь.

Такие двигатели были очень неэффективными и были заменены двигателями, работающими по циклу Отто .

Вакуумный двигатель [ править ]

В вакуумном двигателе частичный вакуум создается внешним насосом. Эти двигатели обычно использовался для питания железнодорожных вертушки в Великобритании , с использованием вакуума , созданный паровозом «s вакуумного тормозного эжектором . Принцип работы аналогичен паровому двигателю — в обоих случаях мощность извлекается из разницы давлений. [я]

Небольшие вакуумные двигатели также использовались для управления дворниками в автомобилях . В этом случае двигатели питались от коллектора вакуума .

Такое расположение было не очень удовлетворительным, потому что, если бы дроссельная заслонка была широко открыта, дворники замедлились бы или даже остановились. В современных автомобилях используются дворники с электроприводом.

В современных автомобилях все еще используется своего рода вакуумный двигатель, но вакуумный сервопривод . Тормоза приводятся в действие гидравлической системой, но они используют «вакуумный двигатель» для усиления силы, создаваемой водителем.

Маленькие вакуумные двигатели также использовались с конца 1960-х годов для управления сервомеханизмами, такими как дверные замки, [ii] органы управления нагревателем [iii]или подвижные вентиляционные заслонки капота. [iv]

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

Вакуумная система может использоваться для передачи энергии, хотя максимальная мощность, которая может передаваться на вакуумный двигатель, меньше, чем у обычной пневматики. Как показывает Дауни, оптимальное давление для работы вакуумной системы передачи энергии составляет около 0,4 бара (8 фунтов на кв. Дюйм). Хотя он менее эффективен, чем пневматика, он вполне может работать.

Например, труба диаметром 22 мм (7/8 дюйма) в вакууме может передавать столько же мощности при давлении 0,4 бара (8 фунтов на кв. Дюйм), сколько труба 6 мм (1/4 дюйма) при давлении 8 бар (100 фунтов на кв. Дюйм). Система достаточно эффективна, чтобы Боултон и Ватт использовали вакуумную передачу энергии на своем заводе. Заводскую вакуумную магистраль они назвали «спиртовой трубкой».

[1] [2]

Идеальный термодинамический процесс [ править ]

В отличие от идеального двигателя с циклом Отто , вакуумный двигатель полагается на постоянный источник тепла, обеспечиваемый сжиганием топлива. Как упоминалось выше, клапан позволяет впускать тепло в камеру поршня.

Оценка тепла в или Qin является постоянной в пространстве с контролируемым объемом, уравнение идеального газаPV = nRT подразумевает увеличение давления в поршневой камере. После закрытия клапана поршень подвергается адиабатическому процессу во время хода вниз.

Как только поршень достигает нижней точки своего хода, камера охлаждается либо окружающим воздухом, либо водой, и в результате Qout заставляет давление в поршне уменьшаться.

Затем система подвергается еще одному адиабатическому сжатию газа в камере, которое впоследствии выпускается клапаном в верхней части хода цилиндра, одновременно позволяя новому нагретому газу войти в камеру.

Одна из основных проблем, с которой столкнулся этот движок при разработке, заключалась в том, что эффективность этой модели была крайне низкой в ​​реальных приложениях. Поскольку источник тепла не находится в определенной области, только небольшая часть потенциального топлива потребляется для питания двигателя.

Поскольку КПД двигателя определяется соотношением между объемом проделанной работы и потенциальной энергией потребляемого топлива, можно видеть, что в вакуумном двигателе только небольшое количество горящего топлива используется для приведения в действие двигателя.

Остальная энергия топлива теряется в окружающей атмосфере.

См. Также [ править ]

• Двигатель горячего воздуха
• двигатель Стирлинга

Ссылки [ править ]

1. ^ Двигатель похож на паровой двигатель, но не идентичен, поскольку паровые двигатели работают от горячего пара, который также содержит энтальпию в виде тепла.

2. ^ Мерседес-Бенц
3. ↑ Lancia Beta Montecarlo
4. ^ Dodge Charger

1. ^ Дауни, Нил А., Взрывающиеся дисковые пушки, слиземобили и 32 других проекта для субботней науки, Балтимор, издательство Университета Джона Хопкинса (2006).

2. ↑ Smiles, Samuel, Lives of the Engineers, Steam Engine, Boulton and Watt, London, John Murray (1878).

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме вакуумного двигателя .

• Концептуальная иллюстрация

Вакуумный насос: принцип работы, устройство, как подобрать

Техническое устройство, которое специально предназначено для откачивания газов и паров из замкнутого объема и формирования в нем вакуумной среды, называется вакуумный насос.

Такое оборудование делится на различные типы в зависимости от своего конструктивного исполнения и принципа действия.

Оно активно используется в различных отраслях промышленности, на предприятиях сельскохозяйственной отрасли, а также для оснащения лабораторных подразделений.

Пластинчато-роторный масляный вакуумный насос 2НВР5Д

Отдельные модели вакуумных насосов применяются и для решения бытовых задач (в частности, для организации более компактного хранения вещей и постельных принадлежностей, для продления срока годности пищевых продуктов, также находящихся на хранении).

Чтобы правильно подобрать устройство, способное создавать разрежение воздуха в окружающей его среде, ограниченной определенным объемом, необходимо разобраться не только в том, как работает вакуумный насос, но и в конструктивных особенностях различных типов такого оборудования, а также в их функциональных возможностях.

Принцип действия

Принцип действия основной части вакуумных насосов заключается в том, что разряжение воздуха, которое создают такие устройства, достигается за счет изменения объема рабочей камеры. Для следующих типов вакуумных насосов принцип работы характерен вышеуказанный:

• ротационные устройства;
• водокольцевые вакуумные насосы (ВВН);
• вакуумные насосы поршневого типа.

Устройство жидкостно-кольцевого вакуумного насоса

Машины, работающие по данному принципу, создают предварительное разрежение воздуха. Такое состояние воздушной среды, которого вполне достаточно для решения многих задач, называют форвакуумом. Для того чтобы создать более глубокий вакуум, необходимо использовать насосные устройства других типов, к которым, в частности, относятся:

• молекулярные;
• турбомолекулярные;
• вакуумные насосы водо-, пароструйного и паромасляного типа;
• диффузионные и эжекторные устройства.

Принцип действия вакуумных насосов вышеперечисленных типов основан на том, что движение молекулам откачиваемой газовой или воздушной среды передается от движущейся с высокой скоростью жидкой или газообразной субстанции либо твердой поверхности.

Направления движения струи газа, жидкости или твердой поверхности и молекул откачиваемой среды могут совпадать или располагаться перпендикулярно друг к другу (турбомолекулярные насосы).

Принцип работы пароструйного вакуумного насоса

Эффективность работы большей части вакуумных насосов зависит от того, насколько эффективно в них реализуется принцип вытеснения.

Объем вакуума, который они способны создать в замкнутом пространстве, напрямую зависит от того, насколько герметичной является их рабочая камера.

За обеспечение герметичности последней отвечает сразу несколько элементов конструкции вакуумного насоса – рабочее колесо и пластины, которые зафиксированы на его внешней поверхности, золотники.

Нередки ситуации, когда насос вакуумный способен откачивать газовую среду, но его технических возможностей недостаточно для того, чтобы понизить ее давление до требуемого значения.

В таких случаях используется одновременно несколько вакуумных насосов, подключаемых друг к другу последовательно.

Если же необходимо повысить скорость формирования вакуумной среды, также используется несколько насосов, но в таком случае они соединяются по параллельной схеме.

Как работает ВВН

Водокольцевой вакуумный насос – это наиболее популярный тип оборудования, используемого для откачивания газовых сред из замкнутых объемов.

Для функционирования таких устройств нужна жидкая рабочая среда, в качестве которой преимущественно используется вода (реже – масло, тосол, щелочи, кислоты и другие вещества).

Конструктивная схема насосов данного типа включает в себя колесо с лопатками, которое является основным рабочим органом таких устройств.

Принцип, по которому работают ВВН, достаточно прост. Заключается он в следующем.

• Под воздействием вращения лопаточного колеса, создающего центробежную силу, жидкость отбрасывается к стенкам рабочей камеры, формируя по ее внутреннему периметру водное кольцо.
• В центральной части рабочей камеры в результате протекания вышеописанного процесса создается зона разрежения, что и обеспечивает всасывание откачиваемой газовой среды в такую камеру через входной патрубок.

Принцип работы и основные детали насоса ВВН

Следует иметь в виду: принцип работы вакуумных насосов данного типа подразумевает, что жидкая рабочая среда постоянно нагревается, поэтому ее необходимо регулярно менять.

Устройство и принцип действия водокольцевых вакуумных насосов достаточно просты, что обеспечивает высокую надежность такого оборудования, а также простоту его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Водокольцевые вакуум-насосы не требуют очистки перекачиваемых газов и способы работать в круглосуточном режиме

Что представляют собой вакуумные насосы Рутса

В тех случаях, когда в замкнутой системе, характеризующейся значительными газовыми нагрузками, требуется создать вакуум не слишком большого значения, может быть использован механический вакуумный насос Рутса, относящийся к устройствам двухроторного типа. Основой конструкции таких насосов являются два ротора, которые синхронно вращаются в корпусе в разные стороны, не контактируя друг с другом.

Работают такие насосы, роторы которых в поперечном сечении имеют форму восьмерки, без использования жидкой рабочей среды. Это исключает наличие в их внутренней камере постоянно двигающейся массы, что улучшает динамическую балансировку таких устройств. Именно поэтому даже при высоких скоростях вращения роторов насосы Рутса практически не издают шума и не вибрируют.

Чтобы уменьшить противоток откачиваемых насосами Рутса газовых сред, на выходе из таких устройств дополнительно устанавливают достаточно производительные форвакуумные насосы. В качестве последних могут быть использованы такие виды вакуумных насосов, как устройства пластинчато-роторного, роторно-поршневого и винтового типа.

Кроме того, в роли форвакуумного применяют водокольцевой вакуумный насос. Между форвакуумным насосом и насосом Рутса, чтобы предотвратить попадание масла в откачиваемый объем, устанавливается масляная ловушка сорбционного или ионного типа.

Использование насосов Рутса в связке с форвакуумными устройствами позволяет создавать низкий и средний вакуум с высокой скоростью откачивания.

Насос Рутса предназначен для транспортировки больших объемов газов

Конструкция и принцип действия вакуумных насосов для дизельных двигателей

Насосы, которыми оснащаются дизельные двигатели, предназначены для создания вакуума в рабочей камере такого агрегата. Основным конструктивным элементом данных насосов является ротор, оснащенный выдвигающейся пластиной, разделяющей рабочую камеру устройства на две полости.

Поскольку ротор вакуумного насоса для дизельных двигателей установлен в рабочей камере эксцентрично, при его вращении выдвигающая лопасть уменьшает объем одной части такой камеры, одновременно увеличивая объем другой полости. Таким образом, в рабочей камере создается зона разрежения, что способствует всасыванию воздуха через входной патрубок.

Попадающий в рабочую камеру воздух проталкивается лопастью к выходному патрубку.

В дизельных двигателях вакуумный насос служит для создания разряжения

Для смазывания движущихся элементов внутренней конструкции вакуумного насоса для дизельных двигателей, а также для обеспечения более плотного прилегания лопастей таких устройств к внутренним стенкам их рабочей камеры используется масло, которое подается от головки цилиндров самого двигателя по специальному каналу. Для приведения в действие насоса используется коленчатый или распределительный вал самого дизельного двигателя. Как можно заметить, устройство и принцип действия вакуумных насосов для дизельных двигателей мало чем отличаются от того, как устроены и работают устройства водокольцевого типа.

Как устроен вакуумный насос для откачивания воды

Водяные вакуумные насосы, которые относятся к специальному насосному оборудованию, одинаково успешно могут быть использованы для откачивания воды, газовой среды, а также газа, смешанного с жидкостью.

Активно применяется такое оборудование как в различных отраслях промышленности, так и в быту (в частности, такими устройствами оснащаются системы автономного водоснабжения и полива, их применяют для откачивания воды из различных водоемов и ее транспортировки к месту потребления).

Принцип действия вакуумного насоса для воды

Принцип, по которому работает вакуумный насос для воды, заключается в следующем.

• Вода, находящаяся в рабочей камере, захватывается лопатками рабочего колеса и также начинает перемещаться.
• В результате вращения лопаток колеса вместе с жидкостью на последнюю оказывается центробежная сила, что приводит к отталкиванию жидкости к стенкам рабочей камеры.
• В результате протекания вышеописанных процессов в центральной части рабочей камеры создается разрежение воздуха (а фактически вакуум, так как корпус устройства надежно загерметизирован). В данную область рабочей камеры как раз и втягивается газовая или жидкая откачиваемая среда.

Степень герметичности рабочей камеры вакуумного насоса для воды можно регулировать, что позволяет уменьшать или увеличивать давление перекачиваемой среды в напорной магистрали.

Внешне вакуумный водяной насос похож на обычное устройство центробежного типа

Вакуумные насосы для откачки воды, как можно заметить, по конструкции и принципу действия мало чем отличаются от насосных устройств центробежного типа. Между тем имеют такие устройства целый ряд весомых преимуществ.

• Элементы конструкции оборудования обладают высокой прочностью и, соответственно, более высокой надежностью.
• При работе устройство создает низкий уровень шума и вибраций.
• Закачивание и подача воды протекают с высокой скоростью.
• Откачиваемое таким устройством вещество (жидкость, газ, жидкость в смеси с газом) подается в напорную магистраль с более высокой производительностью.
• За счет исключительно качественной герметизации в рабочей камере такого насоса формируется изотермическая среда.

Современные вакуумные насосы данного типа часто оснащаются встроенным грязеотделителем, предотвращающим попадание твердых включений, содержащихся в составе откачиваемой среды, во внутреннюю камеру.

Как правильно выбрать вакуумное насосное оборудование

Современные производители предлагают множество моделей вакуумного насосного оборудования, что несколько затрудняет выбор таких устройств, активно используемых сегодня как в промышленности, так и в быту. Между тем эффективность такого оборудования во многом зависит именно от правильности его выбора, при осуществлении которого следует ориентироваться на целый ряд параметров.

Сначала следует определиться с тем, какие задачи должно будет решать выбираемое устройство. Для бытовых целей выбирают оборудование невысокой мощности, для промышленных – агрегат с соответствующими техническими характеристиками.

Насос вакуумный ВВН1-50ТМ производительностью 50 кубических метров в минуту

Основными техническими характеристиками, на которые ориентируются при выборе вакуумного насоса, являются:

• максимальный уровень вакуума, который способно создавать такое оборудование;
• скорость, с которой устройство создает вакуум в замкнутом объеме;
• начальное давление (так называемый предварительный вакуум);
• максимальное значение выпускного давления;
• производительность, с которой способно работать выбираемое оборудование.

Основные технические параметры насосных агрегатов ВВН

Начальным называют давление, которое создается на выходе из насоса в самом начале его функционирования. Максимальным считается такой уровень создаваемого насосом вакуума, при котором оборудование функционирует со своей номинальной производительностью.

Максимальным выпускным называют наибольшее значение давления, создаваемого в напорном патрубке. Следует иметь в виду, что некоторые модели вакуумных насосов не способны выводить в атмосферу газ или воздух, который они откачали из закрытого объема.

Для нормального функционирования таких насосов к их напорной магистрали подсоединяют форвакуумные устройства. Все перечисленные выше типы давления, как правило, измеряются в Па.

Вакуумный насос с электрическим двигателем и трубчатым ресивером, используемый для откачки воздуха при безанкерном закреплении бурильных установок

Скорость, с которой вакуумный насос откачивает воздух или газ, указывает на то, какой объем откачиваемой среды пройдет через выпускной патрубок при нормальном уровне давления. Производительность, с которой работает вакуумная помпа, рассчитать достаточно просто, для чего необходимо умножить значение скорости работы устройства на значение давления, при котором такая работа осуществляется.

При выборе вакуумного насоса также следует учитывать конструктивные особенности такого оборудования. От данного параметра, в частности, будет зависеть, насколько простыми будут эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт вакуумного насоса.

Кроме того, надо обратить внимание на такие характеристики выбираемого оборудования, как число оборотов; мощность, которую потребляет приводной двигатель; количество ступеней откачки; объем используемой рабочей жидкости и ее расход, а также размеры и вес устройства.