Электротурбина: мүнөздөмөлөрү, иштөө принциби, иштин жакшы жана жаман жактары, өз алдынча орнотуу боюнча кеңештер жана ээсинин сын-пикирлери

2024 Автор: Erin Ralphs | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-02-19 17:21

Айлана-чөйрөнү коргоо эрежелерин катаалдаштыруу менен автоөндүрүүчүлөр кыймылдаткычтардын экологиялык тазалыгын жана натыйжалуулугун жогорулатуунун жолдорун иштеп чыгууга аргасыз болуп жатышат. Буга байланыштуу аргасыз индукциялык системалар кеңири таралган. Мурда алар өндүрүмдүүлүктү жогорулатуу үчүн колдонулса, азыр экономиканы жана экологиялык тазалыкты жакшыртуунун каражаты катары колдонулууда. Супер заряддоонун аркасында сиз азыраак цилиндр жана кичине көлөм менен атмосфералык кыймылдаткычтардагыдай эле өндүрүмдүүлүккө жете аласыз. Башкача айтканда, кошумча заряддалган кыймылдаткычтар натыйжалуураак. Дагы бир ыкма - электр энергиясын өзүнчө (электр кыймылдаткычтары) жана ичтен күйүүчү кыймылдаткычтар (гибриддик электр станциялары) менен айкалыштырып пайдалануу. Бул макалада ушул ыкмаларды айкалыштырган электр турбиналары талкууланат.

Жалпы функциялар

Электрдик эмес мажбурланган индукция системалары энергия булагына жараша турбокомпрессорлор жана супер заряддоочулар болуп бөлүнөт. Электр тутумдары алардын негизинде курулат жана өткөөл мезгилде иштөөнү жакшыртууга багытталган.процесстер жана артта калууларды азайтуу.

Электр желдеткич, Honeywell компаниясынын айтымында, электр кыймылдаткычы менен башкарылуучу компрессор, ал супер заряддалган моторго орнотулган. Башкача айтканда, бул турбо кыймылдаткыч үчүн кошумча түзмөк. Электр турбинасы – механикалык турбинанын аналогу. Бул учурда диск ар кандай жолдор менен ишке ашырылышы мүмкүн.

Висконсин-Мэдисон университетинин изилдөөчүлөрүнүн классификациясы боюнча аргасыз индукциянын электрдик системалары конструкциясы жана иштөө принциби боюнча төмөнкү түрлөргө бөлүнөт:

• электр желдеткичтер (EC/ET/ES);
• электр жардамчысы бар турбиналар (EAT);
• электрдик жактан бөлүнгөн турбиналар (EST);
• кошумча электрдик кыймылдаткыч компрессору (TEDC) бар турбиналар.

Дизайн

Жогорудагы электр турбиналарынын түрлөрү башка конструкцияга ээ. Бул компоненттердин ар кандай жайгашууларында, алардын техникалык параметрлериндеги айырмачылыктарда ж.б.

EC

EC - электр кыймылдаткычы менен башкарылуучу компрессор. Бул жогоруда айтылган электр желдеткич. Электр кыймылдаткычы эң чоң башкаруу ийкемдүүлүгүн жана компрессорду оптималдуу иштөө пунктунда иштетүү мүмкүнчүлүгүн камсыз кылат. Бирок, бул күчтүү электр компоненттерин талап кылат.

ЖЕГЕН

EATда жогорку ылдамдыктагы электр кыймылдаткычы турбина менен компрессордун ортосуна орнотулган, көбүнчө валга. Бул энергиянын негизги булагы болбогондуктан, колдонулатаз кубаттуулуктагы электр компоненттери. Бул аз чыгым алып келет. Мындан тышкары, мындай турбокомпрессорлор ротордун абалын өз алдынча аныктоо мүмкүнчүлүгүнө ээ жана жакшы генерациялоо жана моторлоо мүмкүнчүлүктөрү менен мүнөздөлөт. Негизги көйгөй - бул электр кыймылдаткычына жогорку температуранын таасири, айрыкча ал корпустун ичине орнотулган болсо.

Аны чечүүнүн ар кандай ыкмалары бар. Мисалы, BMW электр кыймылдаткычын валга туташтыруу жана ажыратуу үчүн муфталарды орноткон. Мунун аркасында мотор турбинанын сыртына жайгаштырылышы мүмкүн. G+L inotec чоң аба боштугу бар туруктуу магнит кыймылдаткычын колдонгон, аны сыртта да жайгаштырууга болот. Статордун ички диаметри компрессордун тышкы диаметрине, ал эми ротордун тышкы диаметри валдын чыгуу диаметрине барабар. Аба боштугу аба кирүүчү катары иштей алат. Бул муздатуу, инерция жана жылуулук эффекти жагынан артыкчылыктарды камсыз кылат. Кошумчалай кетсек, жылуулук туруктуулугу жана жылуулукту көзөмөлдөө боюнча, өзгөрүлмө магниттик каршылыгы бар асинхрондук электр кыймылдаткычтары, универсалдуу коллектордук кыймылдаткычтар үстүнкү туруктуу магниттери бар кыймылдаткычтарга салыштырмалуу артыкчылыктуу.

EST

ЭСТте турбина менен компрессор вал аркылуу туташтырылбайт, алардын ар бири электр кыймылдаткычы менен жабдылган. Бул компрессордун жана турбинанын дөңгөлөктөрүнүн ар кандай ылдамдыкта иштөөсүнө мүмкүндүк берет. Бул дизайн ET окшош артыкчылыктарга ээ, бирок, андан айырмаланып, энергияны өндүрүүгө жөндөмдүү. Мындан тышкары, алАл компрессор менен турбинанын бөлүнүшүнөн, ошондой эле турбинага жана анын валына кошумча инерциянын жоктугунан жылуулук эффектиси азыраак болот. Турбинаны жана компрессорду бөлүү таңгактоо жагынан пайдалуу, анткени бул аба агымынын жолун оптималдаштырууга мүмкүндүк берет. Бирок, бул технология момент/инерция катышына жооп берүү үчүн кубаттуу электр кыймылдаткычын, генераторду жана инверторлорду да талап кылат, анын баасы кымбат.

TEDC

TEDC – бул электр кыймылдаткычы менен башкарылуучу кошумча компрессору бар механикалык турбина. Компрессордун турбинага салыштырмалуу жайгашкан жери боюнча, бул системалар агымдын өйдө жана төмөн жагындагы варианттарга классификацияланат (тиешелүүлүгүнө жараша турбинанын үстүндө жана ылдыйда). Жалпысынан алар электр кыймылдаткычынын турбинанын жана валдын инерциясынан көз карандысыздыгынан улам "төмөндөгү" өтмө процесстер учурунда бир кыйла жакшыраак жооп берүү менен мүнөздөлөт. Мындан тышкары, ылдый агымдагы TEDCs бул жагынан жогорудагы варианттардан жогору турат, анткени акыркылары басымды кармап туруу үчүн чоң көлөм менен мүнөздөлөт. Электр турбиналарынын бул түрүнүн дагы бир артыкчылыгы – механикалык турбиналардан минималдуу айырмачылыктары.

Иштөө принциби

Жогорудагы электр турбиналарынын түрлөрү иштөө принциби боюнча айырмаланат. Демек, диск башкача ишке ашырылат, алардын айрымдары энергияны өндүрө алат ж.б.

EC

ECте компрессор электр кыймылдаткычы менен кыймылдалат. Мындай система энергияны өндүрүүгө жөндөмдүү эмес, бирок анын үчүнсактагычты калыбына келтирүүчү тормоз системасы же орнотулган стартер генератор менен айкалыштырса болот.

ЖЕГЕН

Төмөн айлануудагы EATда электр кыймылдаткычы басымды жогорулатуу үчүн компрессорго кошумча моменти берет. "Чоңдорунда" ал сактоочу жайга берилүүчү энергияны жаратат. Мындан тышкары, электр кыймылдаткычы турбинанын ылдамдык чегинен ашып кетишине жол бербейт. Бирок, чыккан газдардан алынган энергиянын ордун толтурган жогорку артка басымдын эффектиси пайда болушу мүмкүн.

Чыгарылган газдардан электр энергиясын өндүрүү мүмкүнчүлүгүнө байланыштуу мындай турбокомпрессорлор гибрид деп аталат. Жүргүнчү унааларда, айдоо циклине жараша, алар бир нече жүз ватттан кВт чейин өндүрө алышат. Бул күйүүчү май үнөмдөө менен генераторду алмаштырууга мүмкүндүк берет.

EST

ЭСТте чыккан газдардын энергиясы компрессорду түз кыймылдатпай, генератордун жардамы менен электр энергиясына айландырылат. Компрессор сакталган энергия менен иштетилет.

TEDC

TEDCде электр кыймылдаткычы турбинага көз каранды эмес иштейт жана ал башкарган кошумча компрессор "төмөндөгү" күчтү жогорулатууга кызмат кылат.

Дизайн жана функциялык айырмачылыктар

Мажбурланган индукциянын каралып жаткан электрдик системаларынын ортосундагы негизги айырмачылыктар Висконсин-Мэдисон университетинин изилдөөчүлөрү тарабынан графикалык жана таблица түрүндө бириктирилген. Төмөнкү сүрөттө алардын түзмөгүнүн диаграммалары көрсөтүлгөн (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC жогору, e - TEDC төмөн).

Таблица аппараттын негизги жоболорун чагылдырат. Аларга энергиянын булагы, компрессордун кыймылдаткычы, электрдик тетиктердин күчү кирет. Мындан тышкары, өлчөмдөр жана температура эффектиси сыяктуу сапаттар маанилүү.

Түр	EC	ЖЕГЕН	EST	TEDC
Энергия булагы	Батарея	Чыгарылган газдар / батарея	Чыгарылган газдар / батарея	Чыгарылган газдар / батарея
Электр кыймылдаткычынын жана инвертордун күчү	Жогорку	Төмөн	Жогорку	Төмөн
Температура эффекти	Төмөн	Жогорку	Төмөн	Төмөн
Өлчөм	Кичинекей	Орто	Чоң	Чоң
Электр турбинасы	Жок	Ооба	Ооба	Жок
Турбоэлектр компрессордук диск	Жок	Ооба	Жок	Жок

Ошентип, EAT жана EST технологиялары электр турбиналарына таандык. EC мурдагыдай элебелгиленген - өзүнчө механизм, TEDC - аны менен жабдылган кадимки турбо заряддоо системасы.

Плюс жана минус

Электр кыймылдаткычы менен турбинанын кыймылдаткычы механикалык турбокомпрессорлордун негизги кемчиликтерин жок кылат.

• Электр кыймылдаткычы роторду абдан тез айландыра тургандыктан, эч кандай артта калуу жок.
• Чыгарылган газдардын жетишсиздигинен турбо лаг жок, анткени бул учурда электр кыймылдаткычы энергиянын жетишсиздигин компенсациялайт.
• Электр кыймылдаткычы анти-кечиктирүү сыяктуу өткөөл мезгилде экинчисинин терс таасирлери жок эле күчтөндүрүүнү сактоого мүмкүндүк берет.
• Бул кенен иштөө диапазонун жана ырааттуу моментти камсыз кылат.
• Бул механизмдердин кээ бир түрлөрү электр энергиясын иштеп чыгып, генератордун жүгүн азайтып, күйүүчү майдын сарпталышын азайтат.
• Жоготулган энергияны калыбына келтирүү мүмкүн, анткени Ferrari Формула 1 кыймылдаткычында ишке ашырган.
• Электротурбиналар жумшак шарттарда жана төмөнкү ылдамдыкта иштейт (200-300 миңдин ордуна 100 миң).

Бирок, бул технологиянын бир катар кемчиликтери бар.

• Дизайн татаалдыгы, анын ичинде мотор жана контроллер.
• Бул кымбатка алып келет.
• Мындан тышкары дизайндын татаалдыгы ишенимдүүлүккө таасирин тийгизет.
• Структуралык элементтердин көптүгүнө байланыштуу (турбинага кошумча, ага электр кыймылдаткычы, контроллерлор, батарейка кирет) бул турбокомпрессорлор кадимки түрдөгүлөрдөн алда канча чоңураак жана оор.

Мындан тышкары, электр турбинанын ар бир түрү мүнөздөлөтөзгөчө функциялар.

Түр	EC	ЖЕГЕН	EST	TEDC upstream	TEDC downstream
Кадыр	Ийкемдүүлүктү көзөмөлдөө; макеттин ийкемдүүлүгү; валдын инерциясынын жоктугу; ысырап жок; арткы басым жок	Компакт; аз кубаттуу мотор жана инвертор; ысырап жок	Ийкемдүүлүктү көзөмөлдөө; макеттин ийкемдүүлүгү; валдын инерциясынын жоктугу; ысырап жок	Орнотуу оңой; валдын инерциясынын жоктугу; аз кубаттуу мотор жана инвертор; Өнүмдүүлүктү үзгүлтүксүз жакшыртуу	Убактылуу жооп берүү жакшыраак; орнотуу оңой; аз кубаттуу мотор жана инвертор; Өнүмдүүлүктү үзгүлтүксүз жакшыртуу
Кемчиликтер	Жогорку кубаттуу мотор жана инвертор; төмөнкү натыйжалуулук	Кошумча муздатуу керек; кошумча вал инерциясы; арткы басымдан улам ылдамдатуу чеги	Жогорку кубаттуу мотор жана инвертор; конвертациялоодо энергия жоготуу; чекарткы басымдан улам күчтөндүрүү; кошумча орнотуу мейкиндигин талап кылат	Өтө тез эмес убактылуу жооп; кошумча орнотуу мейкиндигин талап кылат; төмөнкү натыйжалуулук	Кошумча орнотуу мейкиндигин талап кылат; төмөнкү натыйжалуулук

Узактыгы жагынан IHI ылайык, электр турбиналары бир эле шарттарда жумшак режимде долбоорлоо татаалдыгы менен иштегендиктен механикалык турбинага барабар болот.

Актуалдуулугу

Жакшы көрсөткүчтөргө карабастан, учурда электр турбиналары массалык түрдө чыгарылган машиналарда кеңири колдонулбайт. Бул алардын жогорку баасы жана татаалдыгы менен шартталган. Мындан тышкары, механикалык турбиналардын өркүндөтүлгөн версиялары (эки жылдыруу жана өзгөрүлмө геометрия) бир топ арзан баада баштапкы модификацияларга (азыраак болсо да) караганда окшош артыкчылыктарга ээ. Азыр EST Формула 1 кыймылдаткычында Ferrari колдонот. Honeywell компаниясынын айтымында, электр турбиналарын массалык түрдө колдонуу кийинки он жылдыктын башында башталат. Белгилей кетчү нерсе, электрдик заряддагычтар буга чейин эле Honda Clarity сыяктуу кээ бир өндүрүш унааларында колдонулат, анткени алар жөнөкөй.

Эң жөнөкөй жана үйдө жасалган механизмдер

Он жылдыктын башында, электр турбиналары деп да аталган компьютердик муздаткычтар сыяктуу жөнөкөй, арзан машиналар рынокто пайда болгон. Алар кириште жайгашкан жана батарея менен иштейт. Мындай электр турбиналарын карбюратордо да, инжектордо да колдонууга болот. Өндүрүүчүлөрдүн айтымында, алар кыймылдаткычка кирген абанын агымын көбөйтүп, аны тездетет, бул 15% га чейин өндүрүмдүүлүктү жогорулатат. Бул учурда параметрлер (айлануу, агым, күч) адатта көрсөтүлбөйт. Мындай электр турбиналарын машинага өз колдору менен орнотуу абдан оңой.

Бирок, чындыгында, алардын электр кыймылдаткычтары бир нече жүз ваттка чейин өнүгүп кетет, бул агымдын көлөмүн көбөйтүү үчүн жетишсиз, анткени бул үчүн болжол менен 4 кВт керектелет. Ошондуктан, мындай түзүлүш, тескерисинче, өндүрүмдүүлүгү төмөндөйт, анын натыйжасында, кире беришинде олуттуу тоскоолдук болуп калат. Эң жакшысы, андан жоготуулар аз болот, бул динамикага олуттуу таасирин тийгизбейт.

Мындан тышкары, Интернетте өз колдору менен электр турбинасын түзүү боюнча иштеп чыгууларды таба аласыз. Жогоруда айтылган арзан варианттардан айырмаланып, алар борбордон тепкичтүү компрессордун жана 17 кВт чейин кубаттуулугу жана 50-70 В чыңалуудагы щеткасыз мотордун негизинде курулган, анткени ушундай мотор гана жетиштүү моментти жана кубаттуулукту камсыз кыла алат. компрессорду айлантуу үчүн ылдамдык. Мотор ылдамдыкты контролдоочу менен жабдылышы керек. Бул система интеркулерди талап кылбайт - ал үчүн муздак алуу жетиштүү. Мындай типтеги электр турбинасын орнотуу генераторду (90-100 А үчүн) жана батареяны (токтун кубаттуулугу жогору болгон үчүн) алмаштырууну талап кылышы мүмкүн. Компрессордун айлануу ылдамдыгы дроссельдин абалы менен аныкталат. Мындан тышкары, көз карандылык сызыктуу эмес, экспоненциалдык.

Энергияны көп сарптоодон улам 1,5 литрге чейинки кичинекей кыймылдаткычтары бар унаалар үчүн мындай электр турбиналарын түзүү максатка ылайыктуу. Андан тышкары, кыймылдаткычтын көлөмү канчалык чоң болсо, супер заряддагыч ошончолук азыраак жогорулатат. Ошентип, 0,7 литрлик кыймылдаткычта 0,4-0,5 бар, 1,5 литр үчүн - 0,2-0,3 бар. Мындан тышкары, мындай supercharger жылытуудан максималдуу аткарууда узак убакыт бою иштей албайт. Бирок контроллерди күч менен активдештирүү үчүн конфигурациялоого болот.

Компоненттердин баасы кымбат болгондуктан, мындай электр турбинасын жасоо өтө кымбатка турат. Сын-пикирлер майнаптуулуктун өлчөнө турган өсүшүн көрсөтүп турат.

Дизайн жагынан бул механизмдер, жогоруда айтылган арзан варианттар сыяктуу, электрдик кубаттагычтар. Бирок, алар көп учурда жаңылыш электр турбиналары деп аталат. Азыр базарда үйдө жасалганга жакын олуттуураак бренддик кыймылдар бар.

CV

Электр турбиналары механикалык турбиналарга караганда көбүрөөк жооп берет, өндүрүмдүү жана эффективдүү жана кошумча өзгөчөлүктөргө ээ. Ошол эле учурда, алар бир жагынан татаал дизайнга ээ, бирок, экинчи жагынан, алар жакшыраак шарттарда иштешет.