Для решения данной проблемы уже в середине третьего тысячелетия до нашей эры были изобретены ручные меха, а чуть позже и их ножные «собратья». Их появление было вызвано тем, что производство бронзы из меди и олова стало важным процессом производства, и без соответствующего технического решения было очень трудно выполнять эту изнурительную работу.
Однако осознанное использование скрытой энергии воздуха впервые было произведено примерно в конце 3 века до н.э. греческим изобретателем Ктесибием, сконструировавшим и построившим соответствующий гидравлический механизм. Он использовался для работы с вибрациями – либо их сохранения, либо гашения.
Этот же грек смог создать и более совершенную катапульту. За счёт используемой энергии сжатого воздуха, его катапульта имела такую высокую мощность, которая в наши дни вполне достойна реактивного двигателя.
Чуть позже, в 1 веке до н.э. архитектор из Александрии Херон разработал уникальный метод открывания дверей. Благодаря его системе поддержки пламени в алтаре здания, он смог добиться их автоматической работы. Весь секрет заключался в том, что горячий воздух при расширении вытесняет воду из одного контейнера в другой, а уж дальнейшая доработка была вопросом техники.
Затем было некоторое затишье в изучении свойств сжатого воздуха, и лишь в 17 веке уже нашей эры (а точнее в 1663 году) великий учёный Б. Паскаль поведал миру о том, что можно использовать энергию сжатого воздуха в своих целях. В его работе доказывается, что принцип, применяемый в гидросистемах, актуален и для сжатого воздуха. Во время одного из экспериментов он установил, что энергия, произведённая на одном конце полностью закрытого и герметичного контейнера, на другом его конце будет в сто раз больше. Так был открыт закон Паскаля об увеличении энергии.
В эти же годы, там же во Франции физик Д. Папин написал работу, в которой подробно был описан уникальный метод транспортировки разнообразных предметов через трубы – так называемый пневмотранспорт. Своим открытием он заложил основу в дальнейшее развитие пневматического конвейерного транспортирования.
Cпустя полтора столетия, в 1810 году поезда стали передвигаться за счёт энергии сжатого воздуха, а в 1869 году был представлен общественности пневматический тормоз от Вестингхауза. Через три года он создал и свой тормозной двигатель. Принцип работы заключался в том, что при торможении к тормозам прикладывалось повышенное (избыточное) давление. Именно этот скачок давления, который приводил к полному торможению, скажем, после разрыва шланга, стал первой отказобезопасной системой, которая и в наши дни применяется в грузовых автомобилях.
Параллельно с открытиями Вестингхауза Латимер Кларк совместно с Раммелем создал в английской столице пневматическую транспортировочную систему. Принцип её работы был таков – она состояла из маленьких тележек, перемещающихся по туннелю и предназначенных для транспортировки почтовых посылок и мешков. Такая система была гораздо удобнее, надёжнее и быстрее, чем обычные поезда тех времён. Она получила название пневматической почты. Постепенно подобные системы стали приобретать всё большую популярность, появляясь в Берлине, Париже, Нью-Йорке и ряде других крупных городов. Такой подход до сих пор не потерял актуальность и применяется в некоторых отраслях крупной промышленности.
Дальнейшее развитие пневматических устройств получило мощный толчок в 1857 году при строительстве тоннеля через Мон-Сени. Здесь для бурения горной породы использовалась новая уникальная технология, заключающаяся в использовании бурильного молотка со специальным пневмоприводом. Через 4 года стал использоваться новый ударный забойный двигатель, построенный по тому же принципу, с использованием пневмопривода. К нему подаётся воздух, сжатый в компрессорах, находящихся на двух разных сторонах туннеля. Такой подход позволял передавать воздух в сжатом виде на значительные расстояния, в частности, в 1871 году, когда бурение канала было закончено, канал составил по протяжённости около семи километров с обеих его сторон. Таким нехитрым способом были продемонстрированы всему миру возможности переноса энергии и преимущества сжатого воздуха. Именно эти события стали самым настоящим мощным импульсом для дальнейших разработок всевозможных пневмоустройств (в том числе универсальных и с высокими эксплуатационными свойствами).
Опыт, накопленный в процессе эксплуатации пневмоустройств, о которых говорилось выше, пригодился для того, чтобы разработать позднее самые настоящие пневмосети. Впервые такие сети появились в парижских каналах сточных вод в 1888 году, которые стали возможны ещё и благодаря разработке новых, мощных компрессоров (например, в данном случае использовался центральный компрессор мощностью 1,5 тысячи кВт). А уже через три года появились компрессоры с мощностью до 18 тысяч кВт. Финальным аккордом в признании пневмосетей во всём мире стало изобретение уникальных часов, минутная стрелка которых приводилась в движение благодаря сообщению ей импульса от станции с компрессорами. Кроме того, было обнаружено, что по пневмосети можно не только переносить энергию, но и передавать сигнал на значительные расстояния. Выше упомянутая парижская пневмосеть функционирует до сих пор.
В середине 20-го века в Соединённых Штатах Америки высокая скорость, которую имеет поток сжатого воздуха, стала использоваться не только в передаче, но и обработке сигналов. Также стала использоваться пневматика низкого давления (от 1,001 до 1,1 бар), которая получила также название струйной техники. Такую технику отличает высокая точность работы в предельных условиях, что позволяет её использовать даже в космических и оборонных системах многих стран, в том числе таких гигантов, как России и США. Также стоит отметить, что струйная техника невосприимчива к электромагнитному излучению, даже от ядерного оружия. Благодаря этому она часто использовалась в некоторых узкоспециализированных областях.
Двигателестроители, начиная с Отто и Дизеля, всегда мечтали о максимально возможном наполнении цилиндров воздухом. Но двигатель должен был бы сам себя «надувать» сжатым воздухом, чтобы не было лишних затрат энергии. Чем больше в цилиндрах воздуха, тем больше энергии, что в итоге выливается в значительном приросте мощности и крутящего момента.
Естественно изобретатели ухватились за идею использовать энергию выхлопных газов для нагнетания воздуха. Хотя все это звучит просто, но прошло много лет до того как эту идею смогли реализовать – турбокомпрессоры появились спустя сто лет после изобретения двигателя внутреннего сгорания.
Первым кто описал и запатентовал принцип работы турбокомпрессора был Альфред Бюхли в 1905 году. Инженеры никогда не сталкивались с нехваткой воздуха, ведь даже совсем небольшой компрессор может передать большое количество воздуха. Проблема была в другом, а именно в том, как контролировать давление наддува между переключениями передач. Первоначально турбокомпрессоры устанавливались на самолеты и корабли. На этих транспортных средствах обороты двигателя изменяются плавно. Затем стали устанавливать турбокомпрессоры на дизельные двигатели. В 50 годы нашего столетия стали устанавливать турбины на гоночные автомобили, где скорость была примерно постоянна. В те же годы инженеры General Motors оснастили турбодвигателями и серийные модели, но тут же обнаружились «подводные камни». При разгоне с малых оборотов компрессор реагировал очень медленно. Это я вление назвали «Турболагом» или «Турбоямой». На больших оборотах турбонагнетатели давали слишком большое давление.
К концу 60-х годов инженер из Швейцарии Михаэль Мэй выдвинул идею, о том, что турбокомпрессоры нужно делать маленьких размеров, тогда они будут подавать меньшее количество воздуха с одной стороны, а с другой стороны маленький агрегат имел малый вес, и поэтому обладал меньшей инертностью и быстрее реагировал на изменение скорости.
В это же время фирма Porsche тоже заинтересовалась идеей турбокомпрессора. Они совместно с фирмой ККК в начале 70-х годов и положили начало эры турбокомпрессоров в автомобилестроении. В турбодвигателях при нажатии на педаль акселератора давление должно было резко возрастать, а при отпускании педели – резко падать. Поступили следующем образом: когда давление становилось большим выхлопные газы перепускались мимо турбины. Когда дроссельная заслонка закрывается, стравливаются выхлопные газы. При этом крыльчатка турбокомпрессора еще вращается, но не в полную силу. Когда же давление наддува снова будет необходимо, перепускной клапан закрывается, и турбина быстрее раскручивается.
Было еще много других проблем, например температура в турбокомпрессорах бензинового двигателя достигает 1000 градусов, но все эти проблемы были решены, и в наше время турбокомпрессоры честно служат на пользу человечества.
Есть ли тот кто ни когда не слышал волшебное слово "турбо"? Звенит в ушах, воображение рисует нечто мощное, стремительное. На этом фоне как-то скучно звучат термины "механический компрессор" или, хуже того - "объемный нагнетатель". На деле – совсем не так.
Какой водитель не мечтал о том что бы в его автомобиле жило намного больше лошадок под капотом чем есть.. Благо последнее время данную проблему довольно легко решить, вариантов увеличения мощности двигателя, да и комплектующих полно. В нашу жизнь плотно вошло слово "тюнинг" и многие тюнинговых ателье берутся сделать с вашим любимцем все, что угодно.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему