بالعربي

المحرك بالهواء المضغوط ( المحركات الهوائية) “Pneumatic Motor”

المحرك بالهواء المضغوط (المحرك الهوائي) هو نوع من المحركات اللذي يعمل شغلا ميكانيكيا عن طريق تمدد الغاز المضغوط. المحركات بالهواء المضغوط بشكل عام تحول طاقة الغاز المضغوط الى شغل ميكانيكي بشكل حركةخطية او الى حركة دورانية. الحركة الخطية يمكن ان تكون على شكل تمدد غشاء مرن (ديافرام) او مشغل  مكبسي. بينما الحركة الدورانية يتم توفيرها عن طريق محرك هوائي مزود بريشة مروحة (عنفة) او محرك هوائي بواسطة مكبس او توربين هوائي او محرك ترسي.

على مدار القرنين الماضيين وجد المحرك بالهواء المضغوط باشكال متعددة ، واحجام متعددة بدءا من الحجم الذي يمكن حمله باليد الى المحركات التي تستطيع توليد المئات من القوة الحصانية. بعض الانواع تعتمد على الاسطوانات  والمكابس والبعض على الدوارات المزودة بالعنفات (المحركات المزودة بريش مراوح) والبعض الاخر يستخدم التوربينات. العديد من المحركات بالهواء المضغوط يتم تحسين اداءها عن طريق تسخين الهواء الداخل او المحرك نفسه. المحركات بالهواء المضغوط لاقت نجاح واسع في في مجال صناعة الادوات اليدوية[1]، ولكها تستخدم بشكل واسع في التطبيقات الصناعية. ولا تزال المحاولات المستمرة ليتم توسيع استعمالاتها في قطاع لنقل. مع ذلك يجب ان تتغلب المحركات بالهواء المضغوط على عيوبها قبل ان تصبح خيار قابل للتطبيق في قطاع النقل.

طائرة فيكتور تاتين صنعت في عام 1879 التي تستخدم محرك يعمل بالهواء المضغوط من اجل قوة الدفع. النسخة الاصلية موجودة في متحف الجو والفضاء في فرنسا Musée de l'Air et de l'Espace..
طائرة فيكتور تاتين صنعت في عام 1879 التي تستخدم محرك يعمل بالهواء المضغوط من اجل قوة الدفع. النسخة الاصلية موجودة في متحف الجو والفضاء في فرنسا Musée de l’Air et de l’Espace..

 

اول غواصة بحرية تعمل بالطاقة الميكانيكة. الغواصة الفرنسية بلونجير سنة 1863، استخدمت محرك يعمل بالهواء المضغوط. متحف البحرية الفرنسي Musée de la Marine .
اول غواصة بحرية تعمل بالطاقة الميكانيكة. الغواصة الفرنسية بلونجير سنة 1863، استخدمت محرك يعمل بالهواء المضغوط. متحف البحرية الفرنسي Musée de la Marine .

 

التصنيفات

حركة خطية

نظام من المكابس هو اكثر طريقة شيوعا للحصول على الحركة الخطية من الغاز المضغوط، يتم تغذية الهواء المضغوط الى حجرة محكمة الغلق والتي تحتوي على محور الحركة للمكبس. وتحتوي الحجرة ايضا على زنبرك ملفوف حول محور دوران المكبس لكي يضمن بقاء الحجرة مفتوحة بشكل كامل عندما لا يتم ضخ الهواء الى داخل الحجرة. عندما يتم ضخ الهواء الى داخل الحجرة تزداد القوة المؤثرة على محور دوران المكبس حتى تتغلب على القوة المؤثرة على الزنبرك[2]. وعندما تزداد كمية الهواء التي يتم ضخها الى داخل الحجرة، يزداد الضغط و يبدأ المكبس بتحريك الحجرة  للاسفل. عندما تصل الى قصى مسافة يتحرر الهواء المضغوط من الحجرة و يعمل الزنبرك على اكمال الدورة عن طريق اعادة الحجرة الى موقعها الاصلي.

المحركات المكبسية هي الاكثر استخداما في الانظمة الهيدروليكية. خاصة ان المحركات المكبسية تشابه المحركات الهيدروليكية وتختلف الاخيرة عنها بانها تحول الطاقة الهيدروليكية الى طاقة ميكانيكية [3] .[4]

تستخدم عادة المحركات المكبسية على شكل التوالي مكونة من 2 او 3 او 4 او 5 او 6 اسطوانات محاطة بغلاف. وهذا يسمح بتوصيل طاقة اكبر من المكابس، لان المحركات تكون متزامنة مع بعضها في اوقات معينة خلال دورتها.الطريقة سالفة الذكر يمكن استخدامها في الات الحياكة لتوليد الكهرباء عن طريق الغاز المضغوط!

 محركات العنفات الدوارة

نوع من المحركات بالهواء امضغوط والتي تسمى بمحركات العنفات الدوارة، والتي تستخدم الهواء المضغوط لانتاج حركة دورانية موصولة بمحور دوران. يتكون العنصر الدوار من جزء متحرك يكون به شقوق ويكون مثبتا على محور التدوير ويحتوي كل شق على عنفة مستطيلة تكون حرة الانزلاق.[4] تكون العنفات ممتدة لتصل الى الغلاف الخارجي باستخدام الزنبركات او فعل الكامة او ضغط الهواء وذلك يعتمد على تصميم المحرك. يضغط الهواء الى داخل المحرك والذي بدوره يدفع العنفات وبالتالي ينتج حركة دورانية على محور الدوران. سرعة الدورن ممكن ان تتراولح بين 100 الى 25000 دورة خلال الدقيقة الواحدة وذلك يعتمد على العديد من العوامل التي تتضمن كمية الهواء المضغوط و قطر الغلاف.[2]

واحد من التطبيقات لمحركات العنفات الدوارة بدء تشغيل المحركاتالصناعية الكبيرة التي تعمل على الوقود مثل الديزل وا الغاز الطبيعي. يتم تخزين الطاقة عن طريق غاز مضغوط، يدخل غاز النيتروجين او الغاز الطبيعي الى حجرة المحرك ويولد ضغطا على العنفات المثبتة على الجزء الدوار. وهذا يؤدي الى تحريك الجزء الدوار بسرعة عالية. ولان المحركات الصناعية تحتاج الى قدر كبير من عزم التدوير لتشغيلها نستخدم سلسة من التروس من اجل تخفيض السرعة وزيادة عزم التدوير. تؤدي هذه السلسة من التروس الى توصيل عزم كاف الى  ترس المحرك.

تطبيقات

للمحركات الهوائية تطبيقات واسعة في مجال المفكات و مفكات الصواميل و في الات الحفر وغيرها. ويمكن استخدام المحركات الهوائية في كثير من التطبيقات الصناعية. رغم ان المحركات الهوائية لها فعالية قليلة وتتطلب وجود هواء مضغوط فان لها فوائد على المحركات الكهربائية. فهذا النوع من المحركات يتسطيع انتاج عزم اكبر من نظيره الكهربائي (يستطيع محرك هوائي اصغر ان يولد نفس القوة من محرك كهربائي كبير)، كما انها لاتتطلب وجود متحكم مساعد بالسرعة مما يقلل الحجم، ويولد حرارة اقل، و يمكن ايضا استخدامها في محيط يحتوي على غازات قابلة للاشتعال لانها لا تتطلب طاقة كهربائية[5] ولا تحدث شرارة. يمكن ان يصل الحمل الا حد يمنع المحرك من العمل ودون ان يحدث اي اضرار في المحرك.[6]

على مدار التاريخ حاول الكثير من الافراد تطبيق المحركات الهوائية في مجال النقل. غاي نيغير Guy Negreمؤسس شركة محركات لا تلوث Zero Pollution Motors كان رائدا في هذا المجال منذ ثمانينات القرن الماضي [7]. مؤخرا طور المهندسون مرحك هوائي دوار لاستخدامه في السيارات. تم تصميم المحرك لكي يتواجد بجانب اطارات السيارة مباشرة ولا يستخدم وصلات من اجل توصيل الحركة مما يؤدي الى تقليل الطاقة المفقودة (تقريبا كامل الطاقة الناتجة من الحرك تحرك العجلات).[8]

تاريخ المحركات في مجال النقل

كانت اولى محاولات تطبيق المحركات الهوائية في اواسط القرن ال19.

اول المحاولات الناجحة في استخدام المحركات الهوائية كانت نظتم ميكارسكي (Mekarski system ) والذي استخدم في القاطرات. تغلب محرك يكارسكي على التبريد الناتج عن تمدد الهواء بواسطة تسخين الهواء في مرجل صغير قبل استخدام الهواء. كانت شركة خط ترام نانتس (Tramway de Nantes ) في فرنسا اول من استخدم محركات ميكارسكي في اسطول الترام (القاطرات) الخاص بها. بدء الترام بالعمل في سنة 1879 واستمر بالعمل حتى الوقت الحاضر على الرغم من استبدال المحركات الهوائية باخرى كهربائية ذات فعالية اكبر.

الامريكي شارلي هودجيز ( Charles Hodges)  لاقى نجاحا ايضا في مجال صناعة المحركات الهوائية للقاطرات. في عام 1911 صمم قاطرة تعمل بمحرك هوائي وباع براءة الاختراع الى (H. K. Porter Company ) من اجل استخدامها في تعدينالفحم [10]. لان المحركات الهوائية لا تحتوي على احتراق فكانت هي الخيار الأئمن لاستخدامها في صناعة الفحم.[9]

 

السكك الحديدية

استخدمت المحركات بالهواء المضغوط في الترام وفي قاطرة المناورة، ولاقت نجاحا في قاطرات التعدين. على الرغم انه تم استبدالها بالقطرارت الكهربائية وقطرا الانفاق.[12] على مدار السنين زاد تعقيد التصاميم، وظهر محرك هوائي يتمدد على 3 مراحل واستخدام عملية تسخين بين كل مرحلة.[13]

ترام ميكارسكي بالهواء المضغوط 1875
ترام ميكارسكي بالهواء المضغوط 1875

 

قاطرة مزودة بمحرك هوائي مع حاوية للضغط
قاطرة مزودة بمحرك هوائي مع حاوية للضغط
قاطرة تعمل بالهواء المضغوط صنعت بواسطة شركة H. K. Porter, Inc
قاطرة تعمل بالهواء المضغوط صنعت بواسطة شركة H. K. Porter, Inc

الطيران

في الطيران التجاري تم استخدام الهواء المضغوط من اجل تشغيل المحركات الاساسية. يزود الهواء من ضاغطة الهواء في الطائرة باستخدام وحدة طاقة مساعدة او باستخدام المعدات الارضية.

السيارات

حاليا يوجد اهتمام في مجال تطوير السيارات الهوائية. تم اقتراح العديد من المحركات لها، رغم انه لم يعرض اي واحد منها الاداء و طول الفترة العمرية  اللازمين من اجل التنقل الشخصي.

 

[read more=المصادر less=إخفاء]

  1. Pneumatic engines for powertools
  2. ^Jump up to:a b Engineers Edge. Pneumatic actuator design and operation. Retrieved fromhttp://www.engineersedge.com/hydraulic/pneumatic_actuator.htm
  3. Jump up^Technology zone-air motor. Retrieved fromhttp://www.hydraulicspneumatics.com/200/TechZone/FluidPowerAcces/Article/True/6422/TechZone-FluidPowerAcces
  4. ^Jump up to:a b Vane-type motors. Retrieved fromhttp://www.tpub.com/content/engine/14105/css/14105_161.htm
  5. Jump up^Air motors. Retrieved fromhttp://www.hydraulicspneumatics.com/200/TechZone/FluidPowerAcces/Article/True/6422/TechZone-FluidPowerAcces
  6. Jump up^Safety first and illustrated information onhttp://www.atlascopco.com/airmotors/aboutairmotors/introduction
  7. Jump up^Industrial concept. Retrieved fromhttp://www.mdi.lu/english/concept.php
  8. Jump up^Hall, K. (2009, May 26). Zero pollution motors plans 2011 u.s. launch for 106mpg air-powered car [Web log message]. Retrieved fromhttp://www.motorauthority.com/blog/1033303_zero-pollution-motors-plans-2011-u-s-launch-for-106mpg-air-powered-car
  9. ^Jump up to:a b The History of compressed air vehicles. (n.d.). Retrieved fromhttp://www.aircarfactories.com/air-cars/compressed-air-history.html
  10. Jump up^Hodges, C.B (1912). U.S. Patent No. 1024778. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
  11. Jump up^http://www.atlascopco.com/airmotors
  12. Jump up^Compressed-Air Propulsion
  13. Jump up^http://www.aircaraccess.com/images/3stage%201.jpg
  14. Jump up^Braun, Adolphe: Luftlokomotive in “PhotographischeAnsichten der Gotthardbahn”, DornachimElsass, ca. 1875
  15. Jump up^SeeCompressed air car#Energine
  16. Jump up^engineair.com.au
  17. Jump up^engineair.com.au
  18. Jump up^engineair.com.au
  19. Jump up^abc.net.au/tv/newinventors/txt/s1072065.htm
  20. Jump up^K’air Energy company website
  21. Jump up^http://jalopnik.com/398180/tata-nano-to-offer-compressed-air-engine-optional-make-electric-cars-look-silly
  22. Jump up^Quasiturbine Low RPM High Torque Pressure Driven Turbine for Top Efficiency Power Modulation. Peers reviewed paper – Published in The Proceeding of Turbo Expo 2007 of the IGTI (International Gas Turbine Institute) and ASME (American Society of Mechanical Engineers).Abstractinfo
  23. ^Jump up to:ab Quasiturbine> Type> Pneumatic
  24. Jump up^Regusci Air
  25. Jump up^Psycho-Active Contenders for the Automotive X-Prize
  26. Jump up^DBRE motor
  27. Jump up^http://www.machine-history.com/Conger%20Air%20Powered%20Flex%20Tube%20Motor%201881
  28. Jump up^Proe Ericsson Cycle Engine

 

[/read]

 

اترك تعليق

آخر المقالات