वायवीय मोटर

वायवीय (न्युमेटिक) मोटर (वायु मोटर), या संपीडित वायु इंजन, संपीडित वायु का प्रसार करके यांत्रिक कार्य करने वाली एक प्रकार की मोटर होती है। वायवीय मोटरें सामान्यतः संपीडित वायु ऊर्जा को या तो रैखिक या घूर्णी गति के माध्यम से यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करती हैं। रैखिक गति या तो एक डायाफ्राम या पिस्टन प्रवर्तक (एक्ट्यूएटर) से आ सकती है, जबकि घूर्णी गति की आपूर्ति या तो एक फलकीय (वेन) प्रकार की वायु मोटर, पिस्टन वायु मोटर, वायु टरबाइन या गियर टाइप मोटर द्वारा की जाती है।

पूर्वकालिक दो शताब्दियों में वायवीय मोटरें कई रूपों में विद्यमान हैं, जिनमें हाथ से चलने वाली मोटरों से लेकर कई सौ अश्वशक्ति तक के इंजन सम्मिलित हैं। कुछ मोटरों प्रकार पिस्टन और सिलेंडर पर निर्भर करते हैं; अन्य वेन्स (वेन मोटर्स) के साथ स्लॉटेड घूर्णक (रोटर्स) पर और अन्य टर्बाइन का उपयोग करते हैं। कई सम्पीड़ित वायु इंजन आने वाली वायु या इंजन को ही गर्म करके अपने कार्यकरण में संशोधन करते हैं। वायवीय मोटरों को हाथ से चलने वाले उपकरण उद्योग में व्यापक सफलता प्राप्त है, लेकिन औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में स्थिर रूप से भी उपयोग किया जाता है। परिवहन उद्योग में उनके उपयोग का विस्तार करने के लिए निरंतर प्रयास किए जा रहे हैं। हालांकि, परिवहन उद्योग में एक सक्षम विकल्प के रूप में देखे जाने से पहले वायवीय मोटरों को अक्षमताओं को दूर करना होगा।

रैखिक
संपीडित वायु से रैखिक गति प्राप्त करने के लिए, पिस्टन की एक प्रणाली का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। संपीडित वायु को एक वायु रोधी (एयर-टाइट) कक्षिका (चैंबर) में संचयित या प्रवाहित किया जाता है जिसमें पिस्टन का शाफ्ट होता है। साथ ही इस कक्ष के अंदर पिस्टन के शाफ्ट के चारों ओर एक स्प्रिंग को कुंडलित किया जाता है ताकि जब कक्ष में वायु को पंप नहीं किया जा रहा हो तो कक्ष को पूरी तरह से खुला रखा जा सके। जैसे ही चेंबर में वायु डाली जाती है, पिस्टन शाफ्ट पर बल स्प्रिंग पर लगाए जा रहे बल पर नियंत्रण प्राप्त करने लगता है। जैसे-जैसे कक्ष में अधिक वायु भरी जाती है, दबाव बढ़ता जाता है और पिस्टन कक्ष में नीचे की ओर जाने लगता है। जब यह अपनी अधिकतम लंबाई तक पहुंच जाता है तो कक्ष से वायु का दबाव मुक्त कर दिया जाता है और स्प्रिंग अपने मूल स्थान पर लौटने के लिए कक्ष को बंद करके चक्र को पूरा करता है।

पिस्टन मोटरों का उपयोग हाइड्रोलिक प्रणाली में सबसे अधिक किया जाता है। अनिवार्य रूप से, पिस्टन मोटरों का उपयोग हाइड्रोलिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है तथा इसके अतिरिक्त यह मोटरें हाइड्रोलिक मोटरों के समान होती हैं

पिस्टन मोटरों का उपयोग प्रायः दो, तीन, चार, पांच, या छह सिलेंडरों की श्रृंखला में किया जाता है जो एक ढाँचें में बंद होते हैं। यह पिस्टन द्वारा अधिक शक्ति प्रदान करने की अनुमति देता है क्योंकि कई मोटर अपने चक्र के निश्चित समय पर एक दूसरे के साथ समक्रमणीय होती हैं।

पिस्टन वायु मोटर द्वारा प्राप्त की जाने वाली कृयात्मक यांत्रिक क्षमता 40%-50% के बीच होती है।

घूर्णी वेन मोटरें
एक प्रकार की वायवीय मोटर, जिसे घूर्णी वेन मोटर के रूप में जाना जाता है, एक शाफ्ट को घूर्णी गति प्रदान करने के लिए वायु का प्रयोग करती है। घूर्णी घटक एक खंचित (स्लॉटेड) घूर्णक होता है जो चलित (ड्राइव) शाफ्ट पर लगा होता है। घूर्णक के प्रत्येक खांचे में एक स्वतंत्र रूप से सर्पणीय आयताकार वेन लगा होता है। मोटर डिजाइन के आधार पर वेन को स्प्रिंग, कैम प्रक्रिया या वायु दाब का उपयोग करके ढांचों की दीवारों तक बढ़ाया जाता है। वायु को मोटर इनपुट के माध्यम से पंप किया जाता है जो केंद्रीय शाफ्ट की घूर्णी गति उत्पन्न करने वाले वेन पर दबाव डालता है। घूर्णन की गति 100 और 25,000 आरपीएम के बीच भिन्न हो सकती है जो कई कारकों पर निर्भर करती है जिसमें मोटर प्रवेशिका पर वायु के दाब की मात्रा और ढांचे का व्यास सम्मिलित है।

वेन-टाइप वायु मोटरों के लिए एक अनुप्रयोग बड़े औद्योगिक डीजल या प्राकृतिक गैस इंजन शुरू करना है। संपीडित वायु, नाइट्रोजन या प्राकृतिक गैस के रूप में संग्रहीत ऊर्जा सीलबंद मोटर कक्ष में प्रवेश करती है और घूर्णक के वेन्स के विरुद्ध दाब डालतें है। यह घूर्णक को तेज गति से घुमाने का कारण बनता है। क्योंकि इंजन के गतिपालक चक्र (फ्लाईव्हील) को इंजन को चालू करने के लिए बहुत अधिक बल आघूर्ण की आवश्यकता होती है, इसलिए रिडक्शन गियर का उपयोग किया जाता है। रिडक्शन गियर ऊर्जा इनपुट की कम मात्रा के साथ उच्च बल आघूर्ण स्तर बनाते हैं। ये रिडक्शन गियर इंजन गतिपालक चक्र द्वारा पर्याप्त बल आघूर्ण उत्पन्न करने की अनुमति देते हैं, जबकि यह वायु मोटर या वायु प्रचालक के पिनियन गियर द्वारा लगाया जाता है।

टर्बाइन मोटर्स
वायु टर्बाइन 180,000 आरपीएम से अधिक की गति पर, लेकिन सीमित बल आघूर्ण के साथ, उच्च-गति डेंटल हैंडपीस में कंठवेष्‍ठ (बर्र) को स्पिन करते हैं। एक टर्बाइन इतना छोटा होता है कि बिना वजन बढ़ाए हैंडपीस की टिप में पूर्णतयः फिट हो सकता है।

अनुप्रयोग
वायवीय मोटरों का एक व्यापक अनुप्रयोग हाथ से पकड़े जाने वाले उपकरण, प्रतिघात रिंच, पल्स टूल, पेंचकस (स्क्रूड्राइवर), नट रनर, ड्रिल, ग्राइंडर, सैंडर्स आदि में है। औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में वायवीय मोटरों का उपयोग स्थिर भी किया जाता है। यद्यपि गैसयांत्रिक उपकरणों की समग्र ऊर्जा दक्षता कम है और उन्हें एक संपीडित-वायु स्रोत तक अभिगम्यता की आवश्यकता होती है, बिजली के उपकरणों पर कई लाभ हैं। वे अधिक शक्ति घनत्व (एक छोटी वायवीय मोटर एक बड़ी विद्युत मोटर के समान शक्ति प्रदान कर सकती है) प्रदान करते हैं, एक सहायक गति नियंत्रक (इसकी सघनता में वृद्धि) की आवश्यकता नहीं होती है, कम ऊष्मा उत्पन्न करते हैं, और अधिक अस्थिर वातावरण में उपयोग किया जा सकता है क्योंकि उन्हें विद्युत शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है और स्पार्क नहीं बनाते हैं। उन्हें बिना किसी हानि के पूरे आघूर्ण के साथ रोकने के लिए लोड किया जा सकता है। एक घूर्णी पिस्टन इंजन की दक्षता अत्यधिक यांत्रिक ऊर्जा हानियों पर निर्भर होता है। यांत्रिक हानि का मूल्य, विभिन्न अनुमानों के अनुसार, इंजन को आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा का 20% हो सकती है।

ऐतिहासिक रूप से, कई व्यक्तियों ने परिवहन उद्योग में वायवीय मोटरों को लागू करने का प्रयास किया है। शुन्य प्रदूषण मोटरों के सीईओ और संस्थापक गाइ नेग्रे ने 1980 के दशक के अंत से इस क्षेत्र में अग्रणी भूमिका निभाई है। हाल ही में इंजनएयर ने ऑटोमोबाइल में उपयोग के लिए एक घूर्णी मोटर भी विकसित की है। इंजनएयर मोटर को शीघ्र वाहन के पहिए के बगल में रखता है और गति संचारित करने के लिए किसी मध्यवर्ती  भाग का उपयोग नहीं करता है, जिसका अर्थ है कि पहिये को घुमाने के लिए मोटर की लगभग सभी ऊर्जा का उपयोग किया जाता है।

परिवहन का इतिहास
19वीं शताब्दी के मध्य में परिवहन के क्षेत्र में पहली बार वायु मोटर का प्रयोग किया गया था। हालांकि पहले रिकॉर्ड किए गए संपीडित-वायु वाहन के बारे में बहुत कम जानकारी है, ऐसा कहा जाता है कि 9 जुलाई, 1840 को फ्रांस के चेलोट, फ्रांस में एक परीक्षण ट्रैक पर मोटे के फ्रांसीसी एंड्राउड और टेसी ने एक वायवीय मोटर द्वारा संचालित कार चलाई थी। हालांकि कार परीक्षण के सफल होने की सूचना प्राप्त हुई थी, युग्म ने डिजाइन के और विस्तार का पता नहीं लगाया।

परिवहन में वायवीय मोटर का पहला सफल अनुप्रयोग लोकोमोटिव में प्रयुक्त मेकार्स्की प्रणाली वायु इंजन था। मेकार्स्की का अभिनव इंजन उपयोग से पहले एक छोटे बॉयलर में वायु को गर्म करके वायु के प्रसार के साथ होने वाले शीतलन (कूलिंग) से आगे निकल गया। नैनटेस, फ़्रांस में स्थित ट्रामवे डे नैनटेस, लोकोमोटिव के अपने बेड़े को शक्ति देने के लिए मेकर्सकी इंजन का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति होने के लिए विख्यात था। ट्रामवे ने 13 दिसंबर, 1879 को संचालन शुरू किया, और आज भी काम करना जारी रखता है, हालांकि 1917 में वायवीय ट्रामों को अधिक कुशल और आधुनिक विद्युत ट्रामों द्वारा बदल दिया गया था।

अमेरिकीय चार्ल्स हॉजेस को भी लोकोमोटिव उद्योग में वायवीय मोटरों के साथ सफलता प्राप्त हुई। 1911 में उन्होंने एक वायवीय लोकोमोटिव डिजाइन किया और कोयला खदानों में उपयोग के लिए पेटेंट को पिट्सबर्ग में एच.के. पोर्टर कंपनी को बेच दिया। क्योंकि वायवीय मोटर दहन का उपयोग नहीं करते हैं, वे कोयला उद्योग में अधिक सुरक्षित विकल्प थे।

कई कंपनियां संपीडित वायु कार विकसित करने का दावा करती हैं, लेकिन वास्तव में कोई भी खरीद या स्वतंत्र परीक्षण के लिए उपलब्ध नहीं है।

उपकरण
इम्पैक्ट रिंच, पल्स टूल्स, टॉर्क रिंच, स्क्रू ड्रायर्स, ड्रिल, ग्राइंडर, डाई ग्राइंडर, सैंडर्स, डेंटल ड्रिल, टायर चेंजर्स और अन्य वायवीय उपकरण में कई तरह की वायु मोटर का उपयोग होता है। इनमें वेन प्रकार की मोटरें, टर्बाइन और पिस्टन मोटर सम्मिलित हैं।

टॉरपीडो
स्व-चालित टारपीडो के सबसे सफल शुरुआती रूपों में उच्च दबाव वाली संपीडित वायु का उपयोग किया गया था, हालांकि यह आंतरिक या बाहरी दहन इंजन, भाप इंजन (हाइड्रोजन पेरोक्साइड के उत्प्रेरक अपघटन द्वारा संचालित), या इलेक्ट्रिक मोटरों द्वारा अधिगृहीत किया गया था।

रेलवे
ट्राम और शंटर्स में संपीडित वायु इंजनों का उपयोग किया गया, और अंतत: खनन लोकोमोटिव में एक सफल जगह प्राप्त है, हालांकि अंत में उन्हें इलेक्ट्रिक ट्रेनों, भूमिगत द्वारा परिवर्तित कर दिया गया। इन वर्षों में डिजाइन जटिलता में वृद्धि हुई, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्येक चरण के बीच एयर-टू-एयर पुनस्तापक (रीहीटर्स) के साथ एक तिगुना विस्तार इंजन हुआ। अधिक जानकारी के लिए फायरलेस लोकोमोटिव और मेकार्स्की प्रणाली देखें।

ट्राम और शंटर्स में संपीडित वायु इंजनों का उपयोग किया गया था, और अंततः खनन लोकोमोटिव में एक सफल जगह मिली, हालांकि अंत में उन्हें इलेक्ट्रिक ट्रेनों द्वारा भूमिगत कर दिया गया। वर्षों से डिजाइन जटिलता में वृद्धि हुई, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्येक चरण के बीच एयर-टू-एयर रीहीटर्स के साथ ट्रिपल विस्तार इंजन हुआ। अधिक जानकारी के लिए और मेकार्स्की प्रणाली देखें।

फ्लाइट
वॉटर रॉकेट अपने वॉटर जेट को शक्ति देने के लिए संपीडित वायु का उपयोग करते हैं और अभिप्लवन उत्पन्न करते हैं, उनका उपयोग खिलौनों के रूप में किया जाता है।

एयर हॉग्स, एक टॉय ब्रांड, टॉय वायुई जहाजों (और कुछ अन्य टॉय वाहनों) में पावर पिस्टन इंजन के लिए संपीडित वायु का उपयोग करता है।

स्वचालित (ऑटोमोटिव)
वर्तमान में वायु कारों को विकसित करने में कुछ रुचि है। इनके लिए कई इंजन प्रस्तावित किए गए हैं, हालांकि किसी ने भी प्रदर्शन और निजी परिवहन के लिए आवश्यक लंबे जीवन का कार्यकरण नहीं किया है।

एनर्जिन
एनर्जिन संस्था एक दक्षिण कोरियाई कंपनी थी जिसने हाइब्रिड संपीडित वायु और इलेक्ट्रिक इंजन पर चलने वाली पूरी तरह से समन्वायोजित की गई कारों को डिलीवर करने का दावा किया था। संपीडित वायु इंजन का उपयोग प्रत्यावर्तित्र (अल्टरनेटर) को सक्रिय करने के लिए किया जाता है, जो कार की स्वायत्त परिचालन क्षमता को बढ़ाता है। सीईओ को असत्य दावों के साथ धोखे से वायु मोटरों को बढ़ावा देने के लिए गिरफ्तार किया गया था।

इंजनएयर
इंजनएयर, एक ऑस्ट्रेलियाई कंपनी, संपीडित वायु द्वारा संचालित एक घूर्णी इंजन बना रही है, जिसे द डी पिएत्रो मोटर कहा जाता है। डि पिएत्रो मोटर अवधारणा घूर्णी पिस्टन पर आधारित है। मौजूदा घूर्णी इंजनों से अलग, डि पिएत्रो मोटर एक साधारण बेलनाकार घूर्णी पिस्टन (शाफ्ट ड्राइवर) का उपयोग करती है, जो बेलनाकार स्टेटर के अंदर, थोड़ा घर्षण के साथ लुढ़कता है।

इसका उपयोग नाव, कार, बोझ संवाहक और अन्य वाहनों में किया जा सकता है। घर्षण पर पर नियंत्रण प्राप्त करने के लिए केवल 1 psi (≈ 6,8 kPa) दबाव की आवश्यकता होती है। इंजन को 24 मार्च 2004 को ऑस्ट्रेलिया में एबीसी के नव आविष्कारक प्रोग्राम में भी दिखाया गया था।

के'एयरमोबाइल्स
के'एयरमोबाइल्स वाहनों का उद्देश्य शोधकर्ताओं के एक छोटे समूह द्वारा 2006-2007 में फ्रांस में विकसित एक परियोजना से व्यावसायीकरण करना था। हालांकि, परियोजना आवश्यक धन एकत्र नहीं कर पाई है। लोगों को ध्यान देना चाहिए कि, इस बीच, टीम ने अपनी खराब ऊर्जा क्षमता और गैस के विस्तार से होने वाले ऊष्मीय हानि के कारण ऑन-बोर्ड संग्रहीत संपीडित वायु का उपयोग करने के लिए भौतिक असंभवता को पहचाना है। इन दिनों, पेटेंट लंबित 'के'एयर जेनरेटर' का उपयोग करके, एक संपीडित-गैस मोटर के रूप में काम करने के लिए परिवर्तित किया गया, परियोजना को 2010 में लॉन्च किया जाना चाहिए, निवेशकों के एक उत्तरी अमेरिकी समूह को धन्यवाद, लेकिन पहले हरित ऊर्जा ऊर्जा प्रणाली विकसित करने के उद्देश्य से।

एमडीआई
मूल नेग्रे वायु इंजन में, एक पिस्टन वातावरण से वायु को संपीडित संपीडित वायु के साथ मिश्रण करने के लिए संपीडित करता है (जो तेजी से ठंडा हो जाएगा क्योंकि इसका विस्तार होता है)। यह मिश्रण दूसरे पिस्टन को चलाता है, जिससे वास्तविक इंजन शक्ति मिलती है। एमडीआई का इंजन निरंतर टोक़ के साथ काम करता है, और टोक़ को पहियों में बदलने का एकमात्र तरीका निरंतर भिन्नता के चरखी संचरण का उपयोग करना है, जिससे कुछ दक्षता खो जाती है। जब वाहन को रोका जाता है, तो एमडीआई के इंजन को चालू रखना पड़ता है और काम करना पड़ता है, ऊर्जा कम होती है। 2001-2004 में एमडीआई ने रेगुस्की के पेटेंट (नीचे देखें) में वर्णित डिज़ाइन के समान एक डिज़ाइन पर स्विच किया, जो कि 1990 की तारीख है।

2008 में यह बताया गया कि भारतीय कार निर्माता टाटा अपने कम कीमत वाले नैनो ऑटोमोबाइल्स पर एक विकल्प के रूप में एमडीआई संपीडित वायु इंजन की तलाश कर रहा था। टाटा ने 2009 में घोषणा की कि संपीडित वायु कार अपनी कम रेंज और कम इंजन तापमान के कारण समस्याओं के कारण विकसित करना कठिन साबित हो रहा था।

क्वासिटर्बाइन
वायवीय क्वासिटुरबाइन इंजन एक संपीडित वायु पिस्टन रहित घूर्णी इंजन है जो एक रॉमबॉइडल आकार के रोटर का उपयोग करता है, जिसके किनारे कोने पर टिका होता है।

क्वासिटुरबाइन ने संग्रहित संपीडित वायु का उपयोग करके एक वायवीय इंजन के रूप में प्रदर्शन किया है

यह सौर ऊर्जा जैसे उपलब्ध बाहरी ताप का उपयोग करके संभव ऊर्जा प्रवर्धन का लाभ भी उठा सकता है।

क्वासिटुरबाइन दबाव से 0.1 एटीएम (1.47psi) के रूप में कम घूमता है।

चूंकि क्वासिटुरबाइन एक शुद्ध विस्तार इंजन है, जबकि वान्केल और अधिकांश अन्य घूर्णी इंजन नहीं हैं, यह एक संपीडित द्रव इंजन, वायु इंजन या वायु मोटर के रूप में अच्छी तरह से अनुकूल है।

रेगुस्की
वायु इंजन के अरमांडो रेगुसी के संस्करण में ट्रांसमिशन सिस्टम सीधे पहिये से जुड़ता है, और दक्षता को बढ़ाने के लिए शून्य से अधिकतम तक परिवर्तनीय टोक़ है। 1990 से रेगुस्की के पेटेंट दिनांक।

टीम मनो-सक्रिय
मनो-सक्रिय एक बहु-ईंधन/वायु-हाइब्रिड न्याधार विकसित कर रहा है जिसका उद्देश्य ऑटोमोबाइल की एक पंक्ति के लिए नींव के रूप में सेवा करना है। दावा किया गया प्रदर्शन 50 hp/litre है। वे जिस संपीडित वायु मोटर का उपयोग करते हैं उसे डीबीआरई या डक्टेड ब्लेड घूर्णी इंजन कहा जाता है।

कांगर मोटर
1881 में मिल्टन एम. कांगर ने पेटेंट कराया और कथित तौर पर एक ऐसी मोटर का निर्माण किया जो संपीडित वायु या भाप से चलती थी जो एक फ्लेक्सिबल टुबिंग का उपयोग करती थी जो एक वैज के आकार की या झुकी हुई दीवार बनाती थी या पहिया के स्पर्शरेखा असर के पीछे की ओर होती थी और इसे प्रणोदक माध्यम के दबाव के अनुसार अधिक या कम गति से आगे बढ़ाएं।

यह भी देखें

 * एंजेलो डि पिएत्रो (आविष्कारक)
 * संपीडित वायु ऊर्जा भंडारण
 * गैस कंप्रेसर
 * प्रो का एरिक्सन साइकिल इंजन; एक संपीडित वायु मोटर का एक रूपांतर जो वायु को संपीड़ित करने के लिए ईंधन का उपयोग करता है जिसे शीघ्र मोटर में इंजेक्ट किया जाता है
 * शिकागो वायवीय
 * साइमन इंगरसोल
 * एटलस कोप्को