Цахилгаан турбин: шинж чанар, үйл ажиллагааны зарчим, ажлын давуу болон сул талууд, өөрийн гараар суурилуулах зөвлөмж, эзэмшигчийн тойм

2024 Зохиолч: Erin Ralphs | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-02-19 17:44

Байгаль орчны зохицуулалтыг чангатгаснаар автомашин үйлдвэрлэгчид хөдөлгүүрийн байгаль орчинд ээлтэй байдал, үр ашгийг дээшлүүлэхийн зэрэгцээ гүйцэтгэлийг хадгалах арга замыг боловсруулахаас өөр аргагүй болж байна. Үүнтэй холбогдуулан албадан индукцийн систем өргөн тархсан. Өмнө нь бүтээмжийг нэмэгдүүлэхэд ашигладаг байсан бол одоо эдийн засаг, байгаль орчинд ээлтэй байдлыг сайжруулах хэрэгсэл болгон ашиглаж байна. Хэт цэнэглэгчийн ачаар та атмосферийн хөдөлгүүртэй ижил гүйцэтгэлтэй, цөөн цилиндртэй, бага эзэлхүүнтэй ажиллах боломжтой. Өөрөөр хэлбэл, хэт цэнэглэгдсэн хөдөлгүүрүүд илүү үр ашигтай байдаг. Өөр нэг арга бол цахилгаан эрчим хүчийг тусад нь (цахилгаан мотор) болон дотоод шаталтат хөдөлгүүртэй (эрлийз цахилгаан станц) хослуулан ашиглах явдал юм. Энэ нийтлэлд эдгээр аргыг хослуулсан цахилгаан турбинуудын талаар авч үзнэ.

Ерөнхий онцлог

Цахилгаан бус албадан индукцийн системийг эрчим хүчний эх үүсвэрийн дагуу турбо цэнэглэгч ба супер цэнэглэгч гэж ангилдаг. Цахилгаан системүүд нь тэдгээр дээр суурилдаг бөгөөд түр зуурын үеийн гүйцэтгэлийг сайжруулах зорилготой.процессууд болон хоцролтыг багасгах.

Цахилгаан үлээгч нь Honeywell-ийн үзэж байгаагаар хэт цэнэглэгдсэн мотор дээр суурилуулсан цахилгаан мотороор удирддаг компрессор юм. Энэ нь турбо хөдөлгүүрт зориулсан нэмэлт төхөөрөмж юм. Цахилгаан турбин нь механик турбины аналог юм. Энэ тохиолдолд хөтөчийг янз бүрийн аргаар хэрэгжүүлж болно.

Висконсин-Мэдисоны их сургуулийн судлаачдын ангиллын дагуу албадан индукцийн цахилгаан системийг дизайн, үйл ажиллагааны зарчмаар дараах төрлүүдэд хуваадаг:

• цахилгаан үлээгч (EC/ET/ES);
• цахилгаан туслахтай турбин (EAT);
• цахилгаанаар тусгаарлагдсан турбинууд (EST);
• нэмэлт цахилгаан хөдөлгүүртэй компрессортой турбин (TEDC).

Дизайн

Дээрх төрлийн цахилгаан турбинууд нь өөр загвартай. Энэ нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн өөр өөр байршил, техникийн үзүүлэлтүүдийн ялгаа гэх мэт.

EC

EC нь цахилгаан мотороор ажилладаг компрессор юм. Энэ бол дээр дурдсан цахилгаан үлээгч юм. Цахилгаан хөтөч нь удирдлагын хамгийн уян хатан байдлыг хангаж, компрессорыг хамгийн оновчтой ажиллах цэг дээр ажиллуулах боломжийг олгодог. Гэхдээ үүнд хүчирхэг цахилгаан эд анги шаардлагатай.

ИДЭХ

EAT-д өндөр хурдны цахилгаан моторыг турбин ба компрессорын хооронд ихэвчлэн босоо амны дээр суурилуулсан байдаг. Энэ нь эрчим хүчний гол эх үүсвэр биш учраас үүнийг ашигладагбага чадлын цахилгаан эд ангиуд. Үүний үр дүнд бага зардал гарах болно. Нэмж дурдахад ийм турбо цэнэглэгч нь роторын байрлалыг өөрөө тодорхойлох чадвартай бөгөөд сайн үүсгэх, мотор хийх чадвараараа онцлог юм. Гол асуудал нь цахилгаан моторт өндөр температурын нөлөө үзүүлдэг, ялангуяа энэ нь орон сууцны дотор суурилуулсан бол.

Үүнийг шийдэх янз бүрийн арга байдаг. Жишээлбэл, BMW цахилгаан моторыг босоо амнаас салгаж, холбохын тулд шүүрч авах төхөөрөмж суурилуулсан. Үүний ачаар моторыг турбины гадна талд байрлуулж болно. G+L inotec нь том агаарын зайтай байнгын соронз мотор ашигласан бөгөөд үүнийг гадна талд ч байрлуулж болно. Статорын дотоод диаметр нь компрессорын гаднах диаметртэй, роторын гаднах диаметр нь босоо амны гаралтын диаметртэй тэнцүү байна. Агаарын цоорхой нь агаарын оролтын үүрэг гүйцэтгэж болно. Энэ нь хөргөлт, инерци, дулааны нөлөөллийн хувьд давуу талыг өгдөг. Түүнчлэн дулааны тогтвортой байдал, дулааны удирдлагын хувьд хувьсах соронзон эсэргүүцэлтэй асинхрон цахилгаан мотор, универсал коллекторын мотор нь гадаргуугийн байнгын соронзтой мотортой харьцуулахад илүү тохиромжтой.

EST

ЭСТ-д турбин, компрессор нь босоо амаар холбогддоггүй бөгөөд тус бүр нь цахилгаан мотороор тоноглогдсон байдаг. Энэ нь компрессор болон турбины дугуйг өөр өөр хурдтайгаар ажиллуулах боломжийг олгодог. Энэхүү загвар нь ET-тэй ижил давуу талтай боловч үүнээс ялгаатай нь эрчим хүч үйлдвэрлэх чадвартай. Үүнээс гадна тэрЭнэ нь компрессор ба турбиныг тусгаарлахаас гадна турбин болон түүний босоо амнаас нэмэлт инерци байхгүй тул дулааны нөлөө багатай байдаг. Турбин болон компрессорыг салгах нь агаарын урсгалын замыг оновчтой болгох боломжийг олгодог савлагааны үүднээс давуу талтай. Гэсэн хэдий ч, энэ технологи нь эргүүлэх момент/инерцийн харьцааг хангахын тулд хүчирхэг цахилгаан мотор, генератор болон инвертерийг шаарддаг бөгөөд энэ нь үнэтэй байдаг.

TEDC

TEDC нь цахилгаан мотороор удирддаг нэмэлт компрессор бүхий механик турбин юм. Турбинтай харьцуулахад компрессорын байршлын дагуу эдгээр системийг дээд ба доош (турбины дээгүүр ба доор) гэж ангилдаг. Ерөнхийдөө эдгээр нь турбин ба босоо амны инерцээс цахилгаан хөдөлгүүрийн бие даасан байдлаас шалтгаалан "доод талд" түр зуурын үед мэдэгдэхүйц илүү сайн хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай байдаг. Түүгээр ч зогсохгүй, доод урсгалын TEDC-үүд нь даралтыг хадгалахын тулд их хэмжээний эзэлхүүнтэй байдаг тул дээд талын сонголтуудаас давуу талтай. Энэ төрлийн цахилгаан турбины өөр нэг давуу тал нь механикаас хамгийн бага ялгаа юм.

Үйл ажиллагааны зарчим

Дээрх төрлийн цахилгаан турбинууд нь ажиллах зарчмаараа ялгаатай. Тиймээс хөтчийг өөр өөрөөр хэрэгжүүлдэг, зарим нь эрчим хүч үйлдвэрлэх чадвартай гэх мэт.

EC

EC-д компрессорыг цахилгаан мотороор удирддаг. Ийм систем нь эрчим хүч үйлдвэрлэх чадваргүй, харин түүний хувьдхадгалах байгууламжийг нөхөн сэргээх тоормосны систем эсвэл суурилуулсан стартер генератортой хослуулж болно.

ИДЭХ

EAT-д бага эргэлттэй үед цахилгаан мотор нь компрессорыг нэмэлт эргүүлэх моментоор хангаж, даралтыг нэмэгдүүлнэ. "Дээд" хэсэгт энэ нь агуулах руу шилжүүлж болох эрчим хүчийг үүсгэдэг. Үүнээс гадна цахилгаан мотор нь турбиныг хурдны хязгаараас хэтрүүлэхээс сэргийлж чаддаг. Гэсэн хэдий ч яндангийн хийнээс гаргаж авсан энергийг нөхөх өндөр даралтын нөлөө гарч болзошгүй.

Яндангаас цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой тул ийм турбо цэнэглэгчийг гибрид гэж нэрлэдэг. Суудлын автомашинуудад жолоодлогын мөчлөгөөс хамааран хэдэн зуун ваттаас кВт хүртэл эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой. Энэ нь танд түлш хэмнэхийн зэрэгцээ генераторыг солих боломжийг олгоно.

EST

EST-д яндангийн хийн энерги нь компрессорыг шууд хөдөлгөдөггүй бөгөөд генератор ашиглан цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Компрессор нь хуримтлагдсан эрчим хүчээр ажилладаг.

TEDC

TEDC-д цахилгаан мотор нь турбинаас хамааралгүй ажилладаг бөгөөд түүгээр удирддаг нэмэлт компрессор нь "доод" талын хүчийг нэмэгдүүлэхэд үйлчилдэг.

Дизайн ба функциональ ялгаа

Албадан индукцийн цахилгаан системүүдийн үндсэн ялгааг Висконсин-Мэдисоны их сургуулийн судлаачид график болон хүснэгт хэлбэрээр нэгтгэсэн. Доорх зурагт тэдгээрийн төхөөрөмжийн диаграммыг харуулав (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC upstream, e - TEDC downstream).

Хүснэгт нь төхөөрөмжийн үндсэн заалтуудыг тусгасан болно. Үүнд эрчим хүчний эх үүсвэр, компрессорын хөтөч, цахилгаан эд ангиудын хүч орно. Үүнээс гадна хэмжээс, температурын нөлөө зэрэг чанарууд чухал.

Төрөл	EC	ИДЭХ	EST	TEDC
Цахилгааны эх үүсвэр	Зай	Ядангийн хий / зай	Ядангийн хий / зай	Ядангийн хий / зай
Цахилгаан мотор болон инвертерийн хүч	Өндөр	Бага	Өндөр	Бага
Температурын нөлөө	Бага	Өндөр	Бага	Бага
Хэмжээ	Жижиг	Дунд	Том	Том
Цахилгаан турбин	Үгүй	Тийм	Тийм	Үгүй
турбо-цахилгаан компрессор хөтөч	Үгүй	Тийм	Үгүй	Үгүй

Тиймээс EAT болон EST технологи нь цахилгаан турбинд хамаарна. EC байсан шигээтэмдэглэсэн - тусдаа механизм, TEDC - түүгээр тоноглогдсон ердийн турбо цэнэглэх систем.

Давуу болон сул тал

Цахилгаан мотороор турбин хөтлөх нь механик турбо цэнэглэгчийн гол сул талуудыг арилгадаг.

• Цахилгаан мотор нь роторыг маш хурдан эргүүлдэг тул хоцрогдолгүй.
• Энэ тохиолдолд цахилгаан мотор эрчим хүчний дутагдлыг нөхдөг тул утааны хий дутагдсанаас турбо хоцрогдол байхгүй.
• Цахилгаан мотор нь хоцрогдол арилгах гэх мэт түр зуурын үед сөрөг нөлөөлөлгүйгээр хурдаа хадгалах боломжийг олгодог.
• Энэ нь үйл ажиллагааны өргөн хүрээ, тогтвортой эргэлтийг хангадаг.
• Эдгээр төрлийн зарим механизм нь цахилгаан үүсгэж, генераторын ачааллыг бууруулж, түлшний зарцуулалтыг бууруулдаг.
• Феррари Формула 1 хөдөлгүүрт хэрэгжүүлсэн тул алдагдсан энергийг нөхөх боломжтой.
• Цахилгаан турбин нь илүү зөөлөн нөхцөлд, бага хурдтай ажилладаг (200-300 мянга биш 100 мянга).

Гэсэн хэдий ч энэ технологи нь хэд хэдэн сул талуудтай.

• Мотор болон хянагч зэрэг дизайны гайхалтай нарийн төвөгтэй байдал.
• Энэ нь өндөр зардал үүсгэдэг.
• Үүнээс гадна дизайны нарийн төвөгтэй байдал нь найдвартай байдалд нөлөөлдөг.
• Бүтцийн олон тооны элементүүдээс (турбиноос гадна цахилгаан мотор, хянагч, батерей орно) эдгээр турбо цэнэглэгч нь ердийнхөөс хамаагүй том бөгөөд хүнд байна.

Үүнээс гадна цахилгаан турбины төрөл тус бүр нь тодорхойлогддогонцлог шинж чанарууд.

Төрөл	EC	ИДЭХ	EST	TEDC дээд урсгал	TEDC доод урсгал
Нэр төр	Уян хатан байдлыг хянах; бүдүүвчний уян хатан байдал; босоо амны инерцийн дутагдал; хог хаягдалгүй; буцах даралт байхгүй	Компакт; бага чадлын мотор ба инвертер; хог хаягдалгүй	Уян хатан байдлыг хянах; бүдүүвчний уян хатан байдал; босоо амны инерцийн дутагдал; хог хаягдалгүй	Суулгахад хялбар; босоо амны инерцийн дутагдал; бага чадлын мотор ба инвертер; Гүйцэтгэлийг тасралтгүй сайжруулах	Түр зуурын хариу үйлдэл илүү сайн; суулгахад хялбар; бага чадлын мотор ба инвертер; Гүйцэтгэлийг тасралтгүй сайжруулах
Алдаа	Өндөр чадлын мотор ба инвертер; бага бүтээмж	Нэмэлт хөргөх хэрэгцээ; босоо амны нэмэлт инерци; буцах даралтын улмаас хурдатгалын хязгаарыг нэмэгдүүлэх	Өндөр чадлын мотор ба инвертер; хувиргах үед эрчим хүчний алдагдал; хязгаарнурууны даралтын улмаас нэмэгдлийг нэмэгдүүлэх; суурилуулах нэмэлт зай шаардлагатай	Түр зуурын хариу тийм ч хурдан биш; суурилуулах нэмэлт зай шаардлагатай; бага бүтээмж	Суулгах нэмэлт зай шаардлагатай; бага бүтээмж

Бат бөх байдлын хувьд IHI-ийн үзэж байгаагаар цахилгаан турбинууд нь ижил нөхцөлд илүү зөөлөн горимд, дизайны нарийн төвөгтэй ажиллагаатай тул механиктай тэнцэх болно.

Холбоотой

Гүйцэтгэл сайтай хэдий ч одоогоор цахилгаан турбинуудыг олноор үйлдвэрлэсэн машинуудад төдийлөн ашигладаггүй. Энэ нь тэдний өндөр өртөг, нарийн төвөгтэй байдалтай холбоотой юм. Нэмж дурдахад механик турбины сайжруулсан хувилбарууд (хос гүйлгэх ба хувьсах геометр) нь анхны өөрчлөлтүүдтэй харьцуулахад (бага хэмжээгээр) хамаагүй бага зардлаар ижил төстэй давуу талтай байдаг. Одоо EST нь Формула 1 хөдөлгүүрт Ferrari-г ашиглаж байна. Honeywell-ийн үзэж байгаагаар цахилгаан турбиныг бөөнөөр нь ашиглах ажил ирэх арван жилийн эхээр эхэлнэ. Цахилгаан супер цэнэглэгч нь илүү энгийн тул Honda Clarity зэрэг зарим үйлдвэрлэлийн машинд аль хэдийн ашиглагдаж байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Хамгийн энгийн бөгөөд гар хийцийн механизм

Арван жилийн эхээр цахилгаан турбин гэгддэг компьютерийн хөргөгч гэх мэт энгийн, хямд машинууд зах зээл дээр гарч ирэв. Тэдгээр нь оролтын хэсэгт байрладаг бөгөөд батерейгаар ажилладаг. Ийм цахилгаан турбиныг карбюратор болон форсунк дээр хоёуланг нь ашиглах боломжтой. Үйлдвэрлэгчдийн үзэж байгаагаар тэд хөдөлгүүрт орж буй агаарын урсгалыг нэмэгдүүлж, хурдасгадаг бөгөөд энэ нь гүйцэтгэлийг 15% хүртэл нэмэгдүүлдэг. Энэ тохиолдолд параметрүүдийг (эргэлт, урсгал, хүч) ихэвчлэн заадаггүй. Ийм цахилгаан турбиныг өөрийн гараар машинд суулгахад маш хялбар байдаг.

Гэсэн хэдий ч бодит байдал дээр тэдний цахилгаан мотор нь хэдэн зуун ватт хүртэл хөгждөг бөгөөд энэ нь урсгалын хэмжээг нэмэгдүүлэхэд хангалтгүй, учир нь энэ нь ойролцоогоор 4 кВт шаарддаг. Тиймээс ийм төхөөрөмж нь оролтонд ноцтой саад тотгор болж, үүний үр дүнд бүтээмж буурах болно. Хамгийн сайндаа үүнээс гарах алдагдал бага байх бөгөөд энэ нь динамик байдалд төдийлөн нөлөөлөхгүй.

Нэмж дурдахад интернетээс та өөрийн гараар цахилгаан турбин бүтээх талаархи хөгжлийг олж авах боломжтой. Дээр дурдсан хямд төсөр сонголтуудаас ялгаатай нь тэдгээр нь төвөөс зугтах компрессор ба сойзгүй мотор дээр 17 кВт хүртэл хүч чадалтай, 50-70 В хүчдэлтэй байдаг тул зөвхөн ийм мотор хангалттай эргүүлэх хүчийг хангаж чаддаг. компрессорыг эргүүлэх хурд. Мотор нь хурд хянагчаар тоноглогдсон байх ёстой. Энэ систем нь хөргөгч шаарддаггүй - үүнд хүйтэн хэрэглээ хангалттай. Энэ төрлийн цахилгаан турбин суурилуулахын тулд генератор (90-100 А) ба батерейг (илүү багтаамжтай, өндөр гүйдлийн гаралттай) солих шаардлагатай. Компрессорын эргэлтийн хурдыг тохируулагчийн байрлалаар тодорхойлно. Түүнчлэн, хамаарал нь шугаман биш, харин экспоненциал юм.

Эрчим хүч их зарцуулдаг тул 1.5 литр хүртэлх жижиг хөдөлгүүртэй автомашинд ийм цахилгаан турбин бүтээх нь зүйтэй. Үүнээс гадна хөдөлгүүрийн эзэлхүүн их байх тусам супер цэнэглэгч нь бага даралт үүсгэх болно. Тиймээс 0.7 литрийн хөдөлгүүрт энэ нь 0.4-0.5 бар, 1.5 литрийн хувьд 0.2-0.3 бар байх болно. Үүнээс гадна ийм супер цэнэглэгч нь халаалтын улмаас хамгийн их гүйцэтгэлтэй удаан хугацаанд ажиллах боломжгүй болно. Гэсэн хэдий ч хянагчийг хүчээр идэвхжүүлэхээр тохируулж болно.

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн өртөг өндөр учраас ийм цахилгаан турбин хийхэд маш их зардал гардаг. Шүүмж нь гүйцэтгэлийн хэмжигдэхүйц өсөлтийг харуулж байна.

Загварын хувьд эдгээр механизмууд нь дээр дурдсан хямд сонголттой адил цахилгаан супер цэнэглэгч юм. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг цахилгаан турбин гэж буруугаар нэрлэдэг. Одоо зах зээл дээр гар хийцийнтэй ойрхон илүү ноцтой брендийн хөдөлгөөнүүд гарч байна.

CV

Цахилгаан турбин нь механикаас илүү мэдрэмжтэй, бүтээмжтэй, үр ашигтай бөгөөд нэмэлт функцуудтай. Үүний зэрэгцээ тэдгээр нь нэг талаасаа нарийн төвөгтэй дизайнтай боловч нөгөө талаас илүү хор хөнөөлгүй нөхцөлд ажилладаг.