Elektro-turbina: xususiyatlari, ishlash printsipi, ishning ijobiy va salbiy tomonlari, o'z-o'zidan o'rnatish bo'yicha maslahatlar va egasining sharhlari

2024 Muallif: Erin Ralphs | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-02-19 19:56

Atrof-muhitni muhofaza qilish qoidalarini kuchaytirish bilan avtomobil ishlab chiqaruvchilari dvigatellarning ekologik tozaligi va samaradorligini oshirish yo'llarini ishlab chiqishga majbur bo'lmoqdalar. Shu munosabat bilan majburiy indüksiyon tizimlari keng tarqaldi. Ilgari ular mehnat unumdorligini oshirish uchun foydalanilgan bo'lsa, hozirda ular iqtisodiyotni yaxshilash va atrof-muhitga zarar etkazish vositasi sifatida qo'llanilmoqda. Super zaryadlash tufayli siz atmosfera dvigatellarida bo'lgani kabi, kamroq silindrlar va kichikroq hajm bilan bir xil ishlashga erishishingiz mumkin. Ya'ni, super zaryadlangan dvigatellar samaraliroq. Yana bir usul - elektr energiyasidan alohida (elektr motorlar) va ichki yonish dvigatellari (gibrid elektr stantsiyalari) bilan birgalikda foydalanish. Ushbu maqolada ushbu yondashuvlarni birlashtirgan elektr turbinalari muhokama qilinadi.

Umumiy xususiyatlar

Energiya manbasiga ko'ra elektr bo'lmagan majburiy induksiya tizimlari turbo va super zaryadlovchilarga bo'linadi. Elektr tizimlari ular asosida quriladi va o'tish davrida ish faoliyatini yaxshilashga qaratilgan.jarayonlar va kechikishlarni kamaytirish.

Elektr puflagich, Honeywell ma'lumotlariga ko'ra, super zaryadlangan dvigatelga o'rnatilgan elektr dvigatel tomonidan boshqariladigan kompressordir. Ya'ni, bu turbo dvigatel uchun qo'shimcha qurilma. Elektr turbinasi mexanik turbinaning analogidir. Bu holatda disk turli yo'llar bilan amalga oshirilishi mumkin.

Viskonsin-Madison universiteti tadqiqotchilarining tasnifiga ko'ra, majburiy induksiyaning elektr tizimlari dizayni va ishlash printsipi bo'yicha quyidagi turlarga ajratiladi:

• elektr shamollatgichlar (EC/ET/ES);
• elektr yordamchili turbinalar (EAT);
• elektr bilan ajratilgan turbinalar (EST);
• qo'shimcha elektr kompressorli (TEDC) turbinalar.

Dizayn

Yuqoridagi turdagi elektr turbinalar boshqa dizaynga ega. Bu komponentlarning turli joylashuvida, ularning texnik parametrlaridagi farqlarda va hokazolarda yotadi.

EC

EC - bu elektr motorli kompressor. Bu yuqorida aytib o'tilgan elektr puflagich. Elektr haydovchi eng katta boshqaruv moslashuvchanligini va kompressorni optimal ish nuqtasida ishlatish qobiliyatini ta'minlaydi. Biroq, buning uchun kuchli elektr komponentlar kerak.

EAT

EATda turbina va kompressor orasiga, odatda, milga yuqori tezlikda ishlaydigan elektr motor o'rnatiladi. Bu energiyaning asosiy manbai emasligi sababli ishlatiladikam quvvatli elektr komponentlar. Bu past narxga olib keladi. Bundan tashqari, bunday turbokompressorlar rotorning o'rnini o'z-o'zidan aniqlash qobiliyatiga ega va yaxshi ishlab chiqarish va motorli qobiliyatlari bilan ajralib turadi. Asosiy muammo - bu elektr motoriga yuqori harorat ta'siri, ayniqsa u korpus ichiga o'rnatilgan bo'lsa.

Uni hal qilishning turli usullari mavjud. Misol uchun, BMW elektr motorini ulash va mildan ajratish uchun debriyajlarni o'rnatdi. Buning yordamida dvigatel turbinaning tashqarisiga joylashtirilishi mumkin. G+L inotec katta havo bo'shlig'iga ega bo'lgan doimiy magnitlangan dvigateldan foydalangan, u tashqarida ham joylashgan bo'lishi mumkin. Statorning ichki diametri kompressorning tashqi diametriga, rotorning tashqi diametri esa milning chiqish diametriga teng. Havo bo'shlig'i havo kirishi sifatida harakat qilishi mumkin. Bu sovutish, inertsiya va termal effekt jihatidan afzalliklarni beradi. Bundan tashqari, termal barqarorlik va issiqlik nazorati nuqtai nazaridan, o'zgaruvchan magnit qarshilikka ega induksion elektr motorlar, universal kollektorli motorlar sirt doimiy magnitlari bo'lgan dvigatelga qaraganda ko'proq afzalroqdir.

EST

ESTda turbina va kompressor val orqali ulanmagan va ularning har biri elektr dvigatel bilan jihozlangan. Bu kompressor va turbina g'ildiraklarining turli tezliklarda ishlashiga imkon beradi. Ushbu dizayn ETga o'xshash afzalliklarga ega, ammo undan farqli o'laroq, energiya ishlab chiqarishga qodir. Bundan tashqari, uKompressor va turbinaning ajralishi, shuningdek, turbina va uning milidan qo'shimcha inertsiya yo'qligi tufayli kamroq issiqlik ta'siriga ega. Turbina va kompressorni ajratish qadoqlash nuqtai nazaridan foydalidir, chunki u havo oqimi yo'lini optimallashtirishga imkon beradi. Biroq, bu texnologiya tork/inersiya nisbatini qondirish uchun kuchli elektr motor, generator va invertorlarni ham talab qiladi, bu esa qimmatga tushadi.

TEDC

TEDC - bu elektr dvigatel bilan boshqariladigan qo'shimcha kompressorli mexanik turbina. Kompressorning turbinaga nisbatan joylashishiga ko'ra, bu tizimlar yuqori va quyi oqim (mos ravishda turbinaning tepasida va ostida) variantlariga bo'linadi. Umuman olganda, ular elektr motorining turbina va milning inertsiyasidan mustaqilligi tufayli "pastki" da vaqtinchalik jarayonlarda sezilarli darajada yaxshi javob berish bilan tavsiflanadi. Bundan tashqari, quyi oqimdagi TEDClar bu borada yuqori oqim variantlaridan ustundir, chunki ikkinchisi bosimni ushlab turish uchun katta hajm bilan tavsiflanadi. Ushbu turdagi elektr turbinalarning yana bir afzalligi mexanik turbinalardan minimal farqidir.

Foydalanish printsipi

Yuqoridagi turdagi elektr turbinalar ishlash prinsipi bilan farqlanadi. Shunday qilib, haydovchi boshqacha tarzda amalga oshiriladi, ularning ba'zilari energiya ishlab chiqarishga qodir va hokazo.

EC

ECda kompressor elektr motor tomonidan boshqariladi. Bunday tizim energiya ishlab chiqarishga qodir emas, balki uning uchunsaqlash regenerativ tormoz tizimi yoki o'rnatilgan starter generator bilan birlashtirilishi mumkin.

EAT

EATda past aylanish tezligida elektr dvigatel bosimni oshirish uchun kompressorga qo'shimcha moment beradi. "Ustlarida" u saqlashga o'tkazilishi mumkin bo'lgan energiya hosil qiladi. Bundan tashqari, elektr motor turbinaning tezligi chegarasidan oshib ketishining oldini olishi mumkin. Biroq, chiqindi gazlardan olinadigan energiyani qoplaydigan yuqori orqa bosim effekti paydo bo'lishi mumkin.

Egzoz gazlaridan elektr energiyasi ishlab chiqarish imkoniyati tufayli bunday turbokompressorlar gibrid deb ataladi. Yengil avtomobillarda, haydash davriga qarab, ular bir necha yuz vattdan kVtgacha ishlab chiqarishi mumkin. Bu yonilg‘i tejagan holda alternatorni almashtirish imkonini beradi.

EST

ESTda chiqindi gazlar energiyasi kompressorni toʻgʻridan-toʻgʻri harakatlantirmaydi, balki generator yordamida elektr energiyasiga aylanadi. Kompressor saqlangan energiya hisobiga boshqariladi.

TEDC

TEDCda elektr motor turbinadan mustaqil ishlaydi va u tomonidan boshqariladigan qo'shimcha kompressor "pastki" qismdagi quvvatni oshirishga xizmat qiladi.

Dizayn va funksional farqlar

Majburiy induksiyaning koʻrib chiqilayotgan elektr tizimlari oʻrtasidagi fundamental farqlar Viskonsin-Madison universiteti tadqiqotchilari tomonidan grafik va jadval koʻrinishida birlashtirilgan. Quyidagi rasmda ularning qurilmalari diagrammasi ko'rsatilgan (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC yuqori oqimi, e - TEDC quyi oqimi).

Jadvalda qurilmaning asosiy qoidalari aks ettirilgan. Bularga energiya manbai, kompressorning haydovchisi, elektr komponentlarining quvvati kiradi. Bundan tashqari, o'lchamlar va harorat effekti kabi sifatlar muhim ahamiyatga ega.

Tur	EC	EAT	EST	TEDC
Quvvat manbai	Batareya	Egzoz gazlari / batareya	Egzoz gazlari / batareya	Egzoz gazlari / batareya
Elektr dvigatel va invertor quvvati	Yuqori	Past	Yuqori	Past
Harorat effekti	Past	Yuqori	Past	Past
Hajmi	Kichik	Oʻrta	Katta	Katta
Elektr turbinasi	Yoʻq	Ha	Ha	Yoʻq
Turboelektr kompressorli haydovchi	Yoʻq	Ha	Yoʻq	Yoʻq

Shunday qilib, EAT va EST texnologiyalari elektr turbinalariga tegishli. EC avvalgidekqayd etilgan - alohida mexanizm, TEDC - u bilan jihozlangan an'anaviy turbo zaryadlash tizimi.

Ijobiy va kamchiliklar

Turbinaning elektr dvigatel bilan ishlashi mexanik turbokompressorlarning asosiy kamchiliklarini bartaraf etadi.

• Hech qanday kechikish yo'q, chunki elektr motor rotorni juda tez aylantira oladi.
• Egzoz gazlarining etishmasligi tufayli turbo-kechikish yo'q, chunki bu holda elektr motori energiya etishmasligini qoplaydi.
• Elektr dvigateli anti-kechikishlar kabi vaqtinchalik jarayonlarda uning salbiy ta'sirisiz quvvatni oshirish imkonini beradi.
• Bu keng ish diapazoni va barqaror momentni ta'minlaydi.
• Ushbu mexanizmlarning ayrim turlari elektr energiyasi ishlab chiqarishi, generatorga yukni kamaytirishi va yoqilgʻi sarfini kamaytirishi mumkin.
• Yo'qotilgan energiyani tiklash mumkin, chunki Ferrari Formula 1 dvigatelida amalga oshirilgan.
• Elektr-turbinalar yumshoqroq sharoitlarda va past tezlikda ishlaydi (200-300 ming o'rniga 100 ming).

Biroq, bu texnologiyaning bir qator kamchiliklari bor.

• Dizaynning ajoyib murakkabligi, jumladan motor va kontrollerlar.
• Bu yuqori narxga olib keladi.
• Bundan tashqari, dizaynning murakkabligi ishonchlilikka ta'sir qiladi.
• Koʻp sonli konstruktiv elementlar (turbinaga qoʻshimcha ravishda bunga elektr motor, kontrollerlar, akkumulyator kiradi) tufayli bu turbokompressorlar anʼanaviylardan ancha katta va ogʻirroq.

Bundan tashqari, har bir turdagi elektr turbinasi xarakterlanadimaxsus xususiyatlar.

Tur	EC	EAT	EST	TEDC yuqori oqimi	TEDC quyi oqimi
Qadr-qimmat	Moslashuvchanlikni boshqarish; tarzning moslashuvchanligi; val inertsiyasining yo'qligi; keraksiz; orqa bosim yo'q	Ixcham; kam quvvatli dvigatel va inverter; keraksiz	Moslashuvchanlikni boshqarish; tarzning moslashuvchanligi; val inertsiyasining yo'qligi; keraksiz	Oʻrnatish oson; val inertsiyasining yo'qligi; kam quvvatli dvigatel va inverter; Uzumsiz ishlash	Yaxshiroq vaqtinchalik javob; oson oʻrnatish; kam quvvatli dvigatel va inverter; Uzumsiz ishlash
Kamchiliklar	Yuqori quvvatli dvigatel va inverter; past samaradorlik	Qoʻshimcha sovutish zarurati; qo'shimcha mil inertsiyasi; orqa bosim tufayli tezlashuvni oshirish chegarasi	Yuqori quvvatli dvigatel va inverter; konversiya paytida energiya yo'qolishi; cheklovorqa bosim tufayli boost kuchayishi; qoʻshimcha oʻrnatish joyi talab qilinadi	Juda tez emas, vaqtinchalik javob; qoʻshimcha oʻrnatish joyini talab qiladi; past samaradorlik	Oʻrnatish uchun qoʻshimcha joy kerak; past samaradorlik

Chidamlilik nuqtai nazaridan, IHI ma'lumotlariga ko'ra, elektr turbinalar bir xil sharoitlarda yumshoqroq rejimda katta dizayn murakkabligi bilan ishlashi tufayli mexanik turbinalar bilan teng bo'ladi.

Aloqadorlik

Yaxshi ishlashiga qaramay, elektr turbinalari hozirda ommaviy ishlab chiqarilgan avtomobillarda keng qo'llanilmaydi. Bu ularning yuqori narxi va murakkabligi bilan bog'liq. Bundan tashqari, mexanik turbinalarning takomillashtirilgan versiyalari (egizak aylantirish va o'zgaruvchan geometriya) ancha past narxda dastlabki modifikatsiyalarga (kamroq darajada bo'lsa ham) o'xshash afzalliklarga ega. Endi EST Ferrari-ni Formula 1 dvigatelida ishlatadi. Honeywell ma'lumotlariga ko'ra, elektr turbinalaridan ommaviy foydalanish keyingi o'n yillikning boshidan boshlanadi. Shuni ta'kidlash kerakki, elektr super zaryadlovchilar allaqachon Honda Clarity kabi ba'zi ishlab chiqarish avtomobillarida qo'llanilgan, chunki ular oddiyroq.

Eng oddiy va uy qurilishi mexanizmlari

Oʻn yillikning boshida bozorda elektr turbinalari deb ham ataladigan kompyuter sovutgichlari kabi oddiy, arzon mashinalar paydo boʻldi. Ular kirish joyida joylashgan va batareya bilan ishlaydi. Bunday elektr turbinalarni ham karbüratorda, ham injektorda ishlatish mumkin. Ishlab chiqaruvchilarning fikriga ko'ra, ular dvigatelga kiradigan havo oqimini ko'paytiradi, uni tezlashtiradi, bu esa ish faoliyatini 15% gacha oshiradi. Bunday holda, parametrlar (aylanishlar, oqim, quvvat) odatda ko'rsatilmaydi. Bunday elektr turbinalarni o'z qo'llaringiz bilan mashinaga o'rnatish juda oson.

Ammo, aslida, ularning elektr motorlari bir necha yuz vattgacha rivojlanadi, bu oqim hajmini oshirish uchun etarli emas, chunki buning uchun taxminan 4 kVt quvvat talab etiladi. Shuning uchun, bunday qurilma kirishda jiddiy to'siq bo'ladi, buning natijasida, aksincha, unumdorlik kamayadi. Eng yaxshi holatda, undan yo'qotishlar kichik bo'ladi, bu dinamikaga sezilarli ta'sir qilmaydi.

Bundan tashqari, Internetda siz o'z qo'llaringiz bilan elektr turbinani yaratish bo'yicha ishlanmalarni topishingiz mumkin. Yuqorida aytib o'tilgan arzon variantlardan farqli o'laroq, ular markazdan qochma kompressor va 17 kVtgacha quvvatga ega va 50-70 V kuchlanishli cho'tkasiz dvigatel asosida qurilgan, chunki faqat bunday vosita etarli moment va quvvatni ta'minlashga qodir. kompressorni aylantirish tezligi. Dvigatel tezlikni boshqarish moslamasi bilan jihozlangan bo'lishi kerak. Ushbu tizim intercoolerni talab qilmaydi - buning uchun sovuq qabul qilish kifoya. Ushbu turdagi elektr turbinani o'rnatish generatorni (90-100 A uchun) va batareyani (yuqori oqim chiqishi bilan yanada sig'imli uchun) almashtirishni talab qilishi mumkin. Kompressorning aylanish tezligi gaz kelebeği holatiga qarab belgilanadi. Bundan tashqari, qaramlik chiziqli emas, balki eksponensialdir.

Energiya sarfi yuqori boʻlgani uchun bunday elektr turbinalarni 1,5 litrgacha boʻlgan kichik dvigatelli avtomobillar uchun yaratish maqsadga muvofiqdir. Bundan tashqari, dvigatelning hajmi qanchalik katta bo'lsa, supercharger shunchalik kam kuchaytiruvchi bosim hosil qilishi mumkin. Shunday qilib, 0,7 litrli dvigatelda u 0,4-0,5 bar, 1,5 litr uchun - 0,2-0,3 bar bo'ladi. Bundan tashqari, bunday supercharger isitish tufayli maksimal ishlashda uzoq vaqt ishlay olmaydi. Biroq, kontroller faollashtirishni majburlash uchun sozlanishi mumkin.

Komponentlarning qimmatligi tufayli bunday elektr turbinani yasash juda qimmatga tushadi. Sharhlar unumdorlikning o'lchovli o'sishini ko'rsatadi.

Dizayn nuqtai nazaridan, bu mexanizmlar, yuqorida aytib o'tilgan arzon variantlar kabi, elektr zaryadlovchilardir. Biroq, ular ko'pincha noto'g'ri ravishda elektr turbinalari deb ataladi. Endi bozorda uy qurilishiga yaqinroq bo'lgan jiddiyroq brend harakatlar mavjud.

CV

Elektr turbinalari mexanik turbinalarga qaraganda ancha sezgir, samarali va samaraliroq va qoʻshimcha funktsiyalarga ega. Shu bilan birga, bir tomondan, ular murakkab dizaynga ega, lekin boshqa tomondan, ular yanada qulay sharoitlarda ishlaydi.