تاریخچه استفاده از هوای فشرده و ابزارهای آن

تاریخچه هوای فشرده و کاربردهای آن:

امروزه هوای فشرده و انرژی الکتریکی در صنایع بیشتر از سایر انرژی‌ها استفاده می‌شوند. بیشتر مردم از کودکی به استفاده از برق و وسایل برقی آشنا هستند، اما با هوای فشرده کمتر آشنا هستند. با افزایش دانش مردم در زمینه تکنولوژی، درک آنها از هوای فشرده نیز بیشتر می‌شود. هوای فشرده از دیرباز مورد استفاده قرار می‌گیرده است و افراد باهوش برای بهبود نحوه عملکرد آن فکر می‌کنند.

ریه ها – اولین کمپرسورهای هوای فشرده

بسیاری از وسایل کاربرد هوای فشرده از زمان انسان های اولیه به کارگرفته شده است. از اولین کاربرد هوای فشرده و استفاده از کمپرسور بکارگیری آن در دستگاه تیندر و برای شعله ور کردن آتش بود. هوایی که از داخل ریه ها به بیرون دمیده می شود توسط یک کمپرسور طبیعی به نام شش ها کمپرس می شود. ظرفیت و عملکرد ریه ها در کمپرس هوا بسیار چشمگیر است. ریه انسان می تواند 100 لیتر هوا را در یک دقیقه یا 6 مترمکعب هوا را در ساعت کمپرس کند. در این فرآیند فشاری برابر 0.2 تا 0.8 بار تولید می شود. قابلیت این کمپرسور در یک فرد سالم بی نظیر است و این سرویس تقریبا هیچ هزینه ای را به دنبال ندارد.

توسعه بیشتر ریه ها:

انسان های اولیه شروع به استفاده از فلزات و ذوب آنها کردند، و با پیشرفت بشر در این زمینه دیگر ریه ها برای این کار کافی نبودند. در حدود 5000 سال قبل انسان ها استفاده از فلزات عالی مانند آهن، طلا، مس را آغاز کردند، برای این کار آنها از سنگ معدن استفاده می کردند. استخراج فلزات از سنگ معدن ضرورت استفاده از هوای فشرده را بیشتر نشان داد.
در ابتدا برای این کار از ریه های قوی استفاده می کردند اما این کار کافی نبود، پس به ارتفاعات رفتند و از انرژی باد برای ذوب و استخراج استفاده کردند. با پیشرفت بشر، مصری ها و سومری ها استفاده از لوله انفجار را کشف کردند. طلا سازان و استخراج کنندگان طلا در این روش با استفاده از یک لوله هوا را با فشار به داخل آتش می دمید و باعث شعله ور شدن آتش و بالا رفتن دما می شدند. امروزه نیز طلاسازان در سراسر دنیا از دستگاه مشابهی استفاده می کنند. با این حال این روش برای ذوب میزان اندکی فلز مفید بود.

دمش – اولین کمپرسور مکانیکی

اولین کمپرسور مکانیکی دستگاه دمش دستی بود که در اواسط هزاره سوم قبل از میلاد اختراع گردید. یک دمنده مکانیکی قدرتمند که با نیروی پا کار می کرد حدودا در 1500 سال قبل از میلاد ختراع شد. این دستگاه برای تولید آلیاژ برنز از مس و قلع ساخته شده بود که یک هوای فشرده پایدار را ایجاد می نمود. اختراع این دستگاه را می توان در دیوار نوشته های مقبره های مصر باستان مشاهده کرد. این دستگاه اولین مدل مشابه از کمپرسورهایی است که امروزه با آنها آشنا هستیم.

منجنیق

ذخیره انرژی

کتسیبیوس از خاصیت هوای فشرده ذخیره شده برای منجنیق استفاده کرد. در این دستگاه هوای فشرده در یک استوانه به پرتاب هرچه بهتر منجنیق به کار گرفته شد. در منجنیق یونانی ها هوای فشرده به عنوان پیشران تنش کافی ایجاد می کرد تا دستگاه بتواند سنگ را با قدرت کافی پرتاب کند.

درهای معبد

گسترش و عملکرد

قانون پاسکال

افزایش انرژی

در قرن هفدهم، دانشمندان شروع به مطالعه قوانین فیزیکی هوای فشرده کردند. در سال 1663، بلیز پاسکال نوشت که افزایش انرژی با استفاده از مایع (هیدرولیک) قابل اجرا نیز در هوا است. او دریافت که یک مرد در انتهای یک ظرف بسته می‌تواند انرژی برابر با 100 مرد در انتهای دیگر ظرف را تولید کند.

انتقال مواد از طریق لوله

انتقال پنوماتیک

دنیس، فیزیکدان فرانسوی در سال 1667 میلادی یک روش انتقال مواد از طریق لوله را کشف کرد. او به اختلاف فشار بین دو سر لوله پی برد. او دریافت که مواد داخل لوله باعث ایجاد انرژی زیادی می گردند. با این کشف دانشمندان به افزایش سرعت کارها با استفاده از نیروی هوا دست یافتند. این یافته سنگ بنای علم پنوماتیک گردید.

ترمزهای پنوماتیک

انتقال نیرو

در اوایل سال ۱۸۱۰، قطارها با استفاده از نیروی هوای فشرده حرکت می‌کردند. در سال ۱۸۶۹، وستینگهاوس ترمزهای پنوماتیک را معرفی کرد، که سه سال بعد به بهره‌برداری رسید. این ترمزها با اعمال فشار کامل به کار گرفته می‌شد، که مانند فشار حاصل از ترکیدن یک شیلنگ بود. این اولین کاربرد هوای فشرده در سیستم‌های ایمنی بود. امروزه، این مفهوم، اساس استفاده از سیستم‌های هایپرسونیک است.

پنوماتیک

انتقال توسط هوای فشرده

لاتیمر کلارک و مهندسی به نام رمل در سال ۱۸۶۳، سیستم حمل‌ونقل پنوماتیکی را در لندن راه‌اندازی کردند. این سیستم، که در ابتدا برای جابه‌جایی چرخ‌دستی‌های حامل مرسولات پستی در داخل نوار نقاله طراحی شده بود، انعطاف‌پذیرتر از سیستم ریلی ۱۸۱۰ بود و به معرفی پست پنوماتیک انجامید. به‌زودی شبکه‌های پست پنوماتیک در برلین، پاریس و نیویورک ایجاد شدند. شبکه پاریس در سال ۱۹۳۴ به حدود ۴۳۷ کیلومتر رسید. امروزه نیز از سیستم‌های پست پنوماتیک در صنایع سنگین استفاده می‌شود.

ابزار پنوماتیک

انتقال انرژی

در ساخت تونل مونت سنیز که در سال 1857 احداث گردید، از سیستم نیروی پنوماتیک در چکش های صخره شکن استفاده گردید. این دریل ها نیروی خود را از هوای فشرده کمپرسورهای تعبیه شده در دو انتهای تونل تامین می کردند. برای این کار بیش از 7000 متر خط لوله در دوطرف تونل ایجاد گردیده بود. با این روش برای اولین بار قابلیت انتقال انرژی با استفاده از هوای فشرده به عموم مردم نمایش داده شد.

شبکه های پنوماتیک

تولید مرکز هوای فشرده و انتقال سیگنال

شبکه‌های پنوماتیک، با استفاده از تجربیات به‌دست‌آمده از خطوط پنوماتیک و کمپرسورهای قدرتمند، در سال ۱۸۸۸ در پاریس در کانال‌های فاضلاب به کار گرفته شدند. خروجی کمپرسورها از 1500 کیلووات در سال ۱۸۸۸ به ۱۸۰۰۰ کیلووات در سال ۱۸۹۱ رسید.

موفقیت این شبکه‌ها با اختراع ساعتی که عقربه دقیقه‌شمار آن با استفاده از فشار هوای فشرده حرکت می‌کرد، تکمیل شد. شبکه‌های پنوماتیک، نه‌تنها امکان انتقال انرژی، بلکه انتقال آن در فواصل طولانی را نیز فراهم کردند. شبکه پنوماتیک پاریس، که تا امروز پابرجاست، در نوع خود بی‌نظیرترین و کاربردی‌ترین شبکه در جهان است.

امروزه، استفاده از شبکه‌های پنوماتیک و کمپرسورهای هوای فشرده در بسیاری از صنایع رواج یافته است. تقریباً در همه صنایع از کمپرسورهای هوای فشرده، ابزارهای آن و شبکه‌های هوای فشرده استفاده می‌شود.