Elektro-turbin: xüsusiyyətləri, iş prinsipi, işin müsbət və mənfi tərəfləri, öz əlinizlə quraşdırma tövsiyələri və sahibin rəyləri

2024 Müəllif: Erin Ralphs | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-02-19 12:02

Ətraf mühitlə bağlı qaydaların sərtləşdirilməsi ilə avtomobil istehsalçıları performansını qoruyarkən mühərriklərin ekoloji cəhətdən təmizliyini və səmərəliliyini artırmaq yollarını inkişaf etdirməyə məcbur olurlar. Bu baxımdan məcburi induksiya sistemləri geniş yayılmışdır. Əvvəllər onlar məhsuldarlığı artırmaq üçün istifadə olunurdusa, indi iqtisadiyyatın və ətraf mühitin qorunmasının yaxşılaşdırılması vasitəsi kimi istifadə olunur. Super yükləmə sayəsində daha az silindr və daha kiçik həcmlə atmosfer mühərriklərində olduğu kimi eyni performansa nail ola bilərsiniz. Yəni kompressorlu mühərriklər daha səmərəlidir. Başqa bir üsul elektrik enerjisinin həm ayrıca (elektrik mühərrikləri), həm də daxili yanma mühərrikləri (hibrid elektrik stansiyaları) ilə birlikdə istifadəsidir. Bu məqalə bu yanaşmaları birləşdirən elektrik turbinlərindən bəhs edir.

Ümumi Xüsusiyyətlər

Enerji mənbəyinə görə qeyri-elektrik məcburi induksiya sistemləri turbokompressorlar və super yükləyicilər kimi təsnif edilir. Elektrik sistemləri onların üzərində qurulur və keçidlər zamanı performansı yaxşılaşdırmaq məqsədi daşıyır.proseslər və gecikmələrin minimuma endirilməsi.

Elektrik üfleyici, Honeywell-ə görə, super yüklənmiş mühərrikə quraşdırılmış elektrik mühərriki ilə idarə olunan kompressordur. Yəni bu, turbo mühərrik üçün əlavə bir cihazdır. Elektrik turbin mexaniki turbinin analoqudur. Bu halda disk müxtəlif yollarla həyata keçirilə bilər.

Viskonsin-Madison Universitetinin tədqiqatçılarının təsnifatına əsasən, məcburi induksiyanın elektrik sistemləri konstruksiyasına və iş prinsipinə görə aşağıdakı növlərə bölünür:

• elektrik üfleyiciler (EC/ET/ES);
• elektrik köməkçisi olan turbinlər (EAT);
• elektriklə ayrılmış turbinlər (EST);
• əlavə elektriklə idarə olunan kompressorlu (TEDC) turbinlər.

Dizayn

Yuxarıda göstərilən elektrik turbinləri fərqli dizayna malikdir. Bu, komponentlərin müxtəlif tərtibatlarında, onların texniki parametrlərindəki fərqlərdə və s. ilə bağlıdır.

EC

EC elektrik mühərriki ilə idarə olunan kompressordur. Bu, yuxarıda qeyd olunan elektrik üfleyicisidir. Elektrik sürücüsü ən böyük idarəetmə çevikliyini və kompressoru optimal iş nöqtəsində idarə etmək qabiliyyətini təmin edir. Bununla belə, bunun üçün güclü elektrik komponentləri lazımdır.

YEAL

EAT-da yüksək sürətli elektrik mühərriki turbin və kompressor arasında, adətən mil üzərində quraşdırılır. Əsas enerji mənbəyi olmadığı üçün istifadə olunuraşağı güclü elektrik komponentləri. Bu, aşağı qiymətə səbəb olur. Bundan əlavə, belə turbomühərriklər rotorun mövqeyini öz-özünə aşkar etmək qabiliyyətinə malikdir və yaxşı generasiya və motor qabiliyyəti ilə xarakterizə olunur. Əsas problem elektrik mühərrikinə yüksək temperaturun təsiridir, xüsusən də o, korpusun içərisinə quraşdırılıbsa.

Bunu həll etmək üçün müxtəlif üsullar var. Məsələn, BMW elektrik mühərrikini şaftdan qoşmaq və ayırmaq üçün muftalar quraşdırdı. Bunun sayəsində mühərrik turbindən kənarda yerləşdirilə bilər. G+L inotec böyük hava boşluğu olan daimi maqnit mühərrikindən istifadə etdi, o da kənarda yerləşdirilə bilər. Statorun daxili diametri kompressorun xarici diametrinə, rotorun xarici diametri isə şaftın çıxış diametrinə bərabərdir. Hava boşluğu hava girişi kimi çıxış edə bilər. Bu, soyutma, ətalət və istilik effekti baxımından üstünlüklər təmin edir. Bundan əlavə, istilik dayanıqlığı və istilik nəzarəti baxımından dəyişən maqnit müqavimətinə malik induksiya elektrik mühərrikləri, universal kollektor mühərrikləri səthi daimi maqnitləri olan mühərriklə müqayisədə daha üstündür.

EST

EST-də turbin və kompressor bir şaftla birləşdirilmir və onların hər biri elektrik mühərriki ilə təchiz edilmişdir. Bu, kompressor və turbin təkərlərinin müxtəlif sürətlərdə işləməsinə imkan verir. Bu dizayn ET ilə oxşar üstünlüklərə malikdir, lakin ondan fərqli olaraq, enerji istehsal etməyə qadirdir. Bundan əlavə, oKompressor və turbinin ayrılması, həmçinin turbin və onun şaftından əlavə ətalət olmaması səbəbindən daha az istilik effektinə malikdir. Turbin və kompressorun ayrılması qablaşdırma baxımından sərfəlidir, çünki bu, hava axını yolunu optimallaşdırmağa imkan verir. Bununla belə, bu texnologiya həm də fırlanma momenti/ətalət nisbətini qarşılamaq üçün güclü elektrik mühərriki, generator və çeviricilər tələb edir ki, bu da baha başa gəlir.

TEDC

TEDC elektrik mühərriki ilə idarə olunan əlavə kompressorlu mexaniki turbindir. Kompressorun turbinə nisbətən yerləşdiyi yerə görə, bu sistemlər yuxarı və aşağı axın (müvafiq olaraq turbinin üstündə və altında) variantlarına təsnif edilir. Ümumiyyətlə, onlar elektrik mühərrikinin turbin və şaftın ətalətindən müstəqil olması səbəbindən "aşağıda" keçidlər zamanı əhəmiyyətli dərəcədə daha yaxşı reaksiya ilə xarakterizə olunur. Üstəlik, aşağı axın TEDC-lər bu baxımdan yuxarı axın seçimlərindən üstündür, çünki sonuncular təzyiqi saxlamaq üçün böyük həcmlə xarakterizə olunur. Bu tip elektrik turbinlərinin digər üstünlüyü mexaniki olanlardan minimal fərqlərdir.

İş prinsipi

Yuxarıda göstərilən növ elektrik turbinləri iş prinsipinə görə fərqlənir. Beləliklə, sürücü fərqli şəkildə həyata keçirilir, onlardan bəziləri enerji istehsal edə bilir və s.

EC

EC-də kompressor elektrik mühərriki ilə idarə olunur. Belə bir sistem enerji istehsal etməyə qadir deyil, lakin onun üçünsaxlama regenerativ əyləc sistemi və ya quraşdırılmış başlanğıc generatoru ilə birləşdirilə bilər.

YEAL

EAT-da aşağı rpm-də elektrik mühərriki təzyiqi artırmaq üçün kompressora əlavə fırlanma momenti təmin edir. "Zirvələrdə" anbara ötürülə bilən enerji yaradır. Bundan əlavə, elektrik mühərriki turbinin sürət həddini aşmasının qarşısını ala bilər. Bununla belə, işlənmiş qazlardan çıxarılan enerjini kompensasiya edən yüksək əks təzyiq effekti yarana bilər.

İşlənmiş qazlardan elektrik enerjisi əldə etmək imkanına görə belə turbomühərriklər hibrid adlanır. Sərnişin avtomobillərində, idarəetmə dövründən asılı olaraq, onlar bir neçə yüz vattdan kVt-a qədər güc yarada bilərlər. Bu, yanacağa qənaət edərkən alternatoru dəyişdirməyə imkan verir.

EST

EST-də işlənmiş qazların enerjisi kompressoru birbaşa idarə etmir, generator vasitəsilə elektrik enerjisinə çevrilir. Kompressor yığılmış enerji ilə idarə olunur.

TEDC

TEDC-də elektrik mühərriki turbindən asılı olmayaraq işləyir və onun idarə etdiyi əlavə kompressor " altdakı" təkanları artırmağa xidmət edir.

Dizayn və funksional fərqlər

Məcburi induksiyanın nəzərə alınan elektrik sistemləri arasındakı əsas fərqlər Viskonsin-Madison Universitetinin tədqiqatçıları tərəfindən qrafik və cədvəl şəklində birləşdirilib. Aşağıdakı rəqəm onların cihazının diaqramlarını göstərir (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC upstream, e - TEDC downstream).

Cədvəl cihazın əsas müddəalarını əks etdirir. Bunlara enerji mənbəyi, kompressorun sürücüsü, elektrik komponentlərinin gücü daxildir. Bundan əlavə, ölçülər və temperatur effekti kimi keyfiyyətlər vacibdir.

Növ	EC	YEAL	EST	TEDC
Güc mənbəyi	Batareya	Egzoz qazları / batareya	Egzoz qazları / batareya	Egzoz qazları / batareya
Elektrik mühərriki və çeviricinin gücü	Yüksək	Aşağı	Yüksək	Aşağı
Temperatur effekti	Aşağı	Yüksək	Aşağı	Aşağı
Ölçü	Kiçik	Orta	Böyük	Böyük
Elektrik turbin	Xeyr	Bəli	Bəli	Xeyr
Turboelektrik kompressor sürücüsü	Xeyr	Bəli	Xeyr	Xeyr

Beləliklə, EAT və EST texnologiyaları elektrik turbinlərinə aiddir. EC olduğu kimiqeyd edildi - ayrıca mexanizm, TEDC - onunla təchiz edilmiş adi turbo doldurma sistemi.

Müsbət və mənfi cəhətlər

Elektrik mühərriki ilə turbin sürücüsü mexaniki turbomühərriklərin əsas çatışmazlıqlarını aradan qaldırır.

• Heç bir gecikmə yoxdur, çünki elektrik mühərriki rotoru çox sürətlə döndərə bilər.
• Egzoz qazlarının çatışmazlığı səbəbindən heç bir turbo gecikməsi yoxdur, çünki bu halda elektrik mühərriki enerji çatışmazlığını kompensasiya edir.
• Elektrik mühərriki anti-lag kimi keçidlər zamanı sonuncunun mənfi təsirləri olmadan təkan verməyə imkan verir.
• Bu, geniş əməliyyat diapazonu və ardıcıl fırlanma anı təmin edir.
• Bu mexanizmlərin bəzi növləri generatorun yükünü azaldaraq və yanacaq sərfiyyatını azaldaraq elektrik enerjisi yarada bilər.
• İtirilmiş enerjinin bərpası Ferrari-nin Formula 1 mühərrikində tətbiq etdiyi kimi mümkündür.
• Elektroturbinlər daha yumşaq şəraitdə və daha aşağı sürətlə işləyir (200-300 min əvəzinə 100 min).

Lakin bu texnologiyanın bir sıra çatışmazlıqları var.

• Motor və kontrollerlər daxil olmaqla böyük dizayn mürəkkəbliyi.
• Bu, yüksək qiymətə səbəb olur.
• Bundan əlavə, dizaynın mürəkkəbliyi etibarlılığa təsir edir.
• Çox sayda konstruktiv elementlərə görə (buraya turbinə əlavə olaraq elektrik mühərriki, kontrollerlər, akkumulyator daxildir) bu turbomühərriklər adi olanlardan xeyli böyük və ağırdır.

Bundan əlavə, elektrik turbinlərinin hər bir növü xarakterizə olunurspesifik xüsusiyyətlər.

Növ	EC	YEAL	EST	TEDC yuxarı axın	TEDC aşağı axın
Ləyaqət	İdarəetmə çevikliyi; düzgün çevikliyi; valın ətalətinin olmaması; israf yoxdur; arxa təzyiq yoxdur	Yığcam; aşağı güclü mühərrik və çevirici; israf yoxdur	İdarəetmə çevikliyi; düzgün çevikliyi; valın ətalətinin olmaması; israf yoxdur	Quraşdırmaq asandır; valın ətalətinin olmaması; aşağı güclü mühərrik və çevirici; Daimi performans təkmilləşdirmə	Daha yaxşı keçici reaksiya; quraşdırmaq asandır; aşağı güclü mühərrik və çevirici; Daimi performans təkmilləşdirmə
Qüsurlar	Yüksək güclü motor və çevirici; aşağı səmərəlilik	Əlavə soyutma ehtiyacı; əlavə mil ətaləti; arxa təzyiqə görə sürətlənmə limitini artırın	Yüksək güclü motor və çevirici; çevirmə zamanı enerji itkisi; limitarxa təzyiq səbəbiylə təkan artırın; əlavə quraşdırma sahəsi tələb olunur	Çox sürətli keçici cavab deyil; əlavə quraşdırma sahəsi tələb olunur; aşağı səmərəlilik	Əlavə quraşdırma sahəsi tələb olunur; aşağı səmərəlilik

Dözümlülük baxımından, IHI-yə görə, elektrik turbinləri eyni şəraitdə daha yumşaq rejimdə daha çox dizayn mürəkkəbliyi ilə işlədiyinə görə mexaniki turbinlərə bərabər olacaq.

Müvafiqlik

Yaxşı performansa baxmayaraq, elektrik turbinləri hazırda kütləvi istehsal olunan avtomobillərdə geniş istifadə edilmir. Bu, onların yüksək qiyməti və mürəkkəbliyi ilə bağlıdır. Bundan əlavə, mexaniki turbinlərin təkmilləşdirilmiş versiyaları (əkiz sürüşdürmə və dəyişən həndəsə) daha aşağı qiymətə ilkin modifikasiyalara (az dərəcədə olsa da) oxşar üstünlüklərə malikdir. İndi EST Formula 1 mühərrikində Ferrari-dən istifadə edir. Honeywell-in fikrincə, elektrik turbinlərinin kütləvi istifadəsi növbəti onilliyin əvvəlində başlayacaq. Qeyd etmək lazımdır ki, elektrik kompressorları daha sadə olduğundan Honda Clarity kimi bəzi istehsal avtomobillərində artıq istifadə olunur.

Ən sadə və evdə hazırlanmış mexanizmlər

Onilliyin əvvəlində, elektrik turbinləri adlanan kompüter soyuducuları kimi sadə, ucuz maşınlar bazarda peyda oldu. Onlar girişdə yerləşir və batareya ilə işləyir. Belə elektrik turbinlərindən həm karbüratorda, həm də injektorda istifadə etmək mümkündür. İstehsalçıların fikrincə, onlar mühərrikə daxil olan hava axını artırır, onu sürətləndirir, bu da performansı 15% -ə qədər artırır. Bu halda parametrlər (dövr, axın, güc) adətən göstərilmir. Belə elektrik turbinlərini öz əlinizlə avtomobilə quraşdırmaq çox asandır.

Lakin reallıqda onların elektrik mühərrikləri bir neçə yüz vata qədər inkişaf edir ki, bu da axının həcmini artırmaq üçün kifayət deyil, çünki bunun üçün təxminən 4 kVt lazımdır. Buna görə də, belə bir cihaz girişdə ciddi bir maneəyə çevriləcək, bunun nəticəsində, əksinə, məhsuldarlıq azalacaq. Ən yaxşı halda ondan itkilər az olacaq, bu da dinamikaya ciddi təsir göstərməyəcək.

Bundan əlavə, İnternetdə öz əllərinizlə elektrik turbininin yaradılması ilə bağlı inkişafları tapa bilərsiniz. Yuxarıda göstərilən ucuz variantlardan fərqli olaraq, onlar mərkəzdənqaçma kompressoru və 17 kVt-a qədər gücə və 50-70 V gərginliyə malik fırçasız mühərrik əsasında qurulur, çünki yalnız belə bir mühərrik kifayət qədər fırlanma anı təmin edə bilir və kompressoru döndərmək üçün sürət. Motor sürət tənzimləyicisi ilə təchiz olunmalıdır. Bu sistem intercooler tələb etmir - bunun üçün soyuq qəbul kifayətdir. Bu tip bir elektrik turbininin quraşdırılması generatorun (90-100 A üçün) və batareyanın (yüksək cərəyan çıxışı olan daha tutumlu üçün) dəyişdirilməsini tələb edə bilər. Kompressorun fırlanma sürəti tənzimləyicinin mövqeyi ilə müəyyən edilir. Üstəlik, asılılıq xətti deyil, eksponensialdır.

Yüksək enerji sərfiyyatı səbəbindən 1,5 litrə qədər kiçik mühərrikli avtomobillər üçün belə elektrik turbinlərinin yaradılması məqsədəuyğundur. Üstəlik, mühərrikin həcmi nə qədər böyük olarsa, kompressor bir o qədər az gücləndirici təzyiq yarada bilər. Beləliklə, 0,7 litrlik mühərrikdə 0,4-0,5 bar, 1,5 litr üçün - 0,2-0,3 bar olacaq. Bundan əlavə, belə bir supercharger istilik səbəbiylə uzun müddət maksimum performansda işləyə bilməyəcək. Bununla belə, nəzarətçi aktivləşdirməni məcbur etmək üçün konfiqurasiya edilə bilər.

Kompentlərin yüksək qiymətinə görə belə elektrik turbininin hazırlanması çox baha başa gəlir. Rəylər performansda ölçülə bilən artımı göstərir.

Dizayn baxımından bu mexanizmlər, yuxarıda qeyd olunan ucuz variantlar kimi, elektrik kompressorlarıdır. Bununla belə, onları tez-tez səhvən elektrik turbinləri adlandırırlar. İndi bazarda ev istehsalına yaxın olan daha ciddi brend hərəkətlər var.

CV

Elektrik turbinləri mexaniki turbinlərdən daha həssas, məhsuldar və səmərəlidir və əlavə xüsusiyyətlərə malikdir. Eyni zamanda, bir tərəfdən mürəkkəb dizayna sahibdirlər, lakin digər tərəfdən, daha yaxşı şəraitdə fəaliyyət göstərirlər.