Turbine ya umeme: sifa, kanuni ya uendeshaji, faida na hasara za kazi, vidokezo vya usakinishaji vya jifanye mwenyewe na hakiki za mmiliki

2025 Mwandishi: Erin Ralphs | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2025-01-22 21:21

Kwa kuzingatia kanuni za mazingira, watengenezaji otomatiki wanalazimika kubuni njia za kuboresha urafiki wa mazingira na ufanisi wa injini huku wakidumisha utendakazi. Katika suala hili, mifumo ya uingizaji wa kulazimishwa imeenea. Ingawa zamani zilitumika kuongeza tija, sasa zinatumika kama njia ya kuboresha uchumi na urafiki wa mazingira. Shukrani kwa chaji ya juu, unaweza kufikia utendaji sawa na wa injini za angahewa, na silinda chache na ujazo mdogo. Hiyo ni, injini za supercharged ni bora zaidi. Njia nyingine ni matumizi ya nishati ya umeme tofauti (motors za umeme) na pamoja na injini za mwako wa ndani (mimea ya nguvu ya mseto). Makala haya yanajadili turbine za umeme zinazochanganya mbinu hizi.

Sifa za Jumla

Mifumo ya uingizaji wa kulazimishwa isiyo ya umeme kulingana na chanzo cha nishati imeainishwa katika chaja za turbo na chaja kuu. Mifumo ya umeme hujengwa juu yao na inalenga kuboresha utendaji wakati wa muda mfupi.michakato na kupunguza ucheleweshaji.

Kipeperushi cha umeme, kulingana na Honeywell, ni kibandiko kinachoendeshwa na mota ya kielektroniki ambayo imewekwa kwenye motor yenye chaji nyingi zaidi. Hiyo ni, hii ni kifaa cha ziada cha injini ya turbo. Turbine ya umeme ni analog ya turbine ya mitambo. Hifadhi katika kesi hii inaweza kutekelezwa kwa njia tofauti.

Kulingana na uainishaji wa watafiti katika Chuo Kikuu cha Wisconsin-Madison, mifumo ya umeme ya kuingizwa kwa lazima imegawanywa katika aina zifuatazo kwa muundo na kanuni ya uendeshaji:

• vipulizi vya umeme (EC/ET/ES);
• turbine zenye kisaidizi cha umeme (EAT);
• turbine zilizotenganishwa kwa umeme (EST);
• turbine zenye compressor ya ziada inayoendeshwa kwa umeme (TEDC).

Design

Aina zilizo hapo juu za turbine za umeme zina muundo tofauti. Hii iko katika mpangilio tofauti wa vijenzi, katika tofauti za vigezo vyake vya kiufundi, n.k..

EC

EC ni compressor inayoendeshwa na motor ya umeme. Hii ni blower ya umeme iliyotajwa hapo juu. Hifadhi ya umeme hutoa ubadilikaji mkubwa zaidi wa udhibiti na uwezo wa kuendesha compressor katika hatua bora ya uendeshaji. Hata hivyo, hii inahitaji vijenzi vya nguvu vya umeme.

KULA

Katika EAT, mori ya umeme ya kasi ya juu huwekwa kati ya turbine na compressor, kwa kawaida kwenye shimoni. Kutokana na ukweli kwamba sio chanzo kikuu cha nishati, hutumiwavipengele vya umeme vya chini vya nguvu. Hii inasababisha gharama ya chini. Kwa kuongeza, turbocharger hizo zina uwezo wa kujitegemea kutambua nafasi ya rotor na zina sifa ya uwezo mzuri wa kuzalisha na motoring. Tatizo kuu ni athari ya joto la juu kwenye motor ya umeme, hasa ikiwa imewekwa ndani ya nyumba.

Kuna mbinu mbalimbali za kulitatua. Kwa mfano, BMW iliweka vifungo ili kuruhusu motor ya umeme kuunganishwa na kukatwa kutoka shimoni. Shukrani kwa hili, motor inaweza kuwekwa nje ya turbine. G+L inotec ilitumia motor ya sumaku ya kudumu yenye pengo kubwa la hewa, ambayo inaweza pia kuwa iko nje. Kipenyo cha ndani cha stator ni sawa na kipenyo cha nje cha compressor, na kipenyo cha nje cha rotor ni sawa na kipenyo cha shimoni. Pengo la hewa linaweza kufanya kama njia ya kuingiza hewa. Hii hutoa faida kwa suala la baridi, inertia na athari ya joto. Kwa kuongeza, kwa upande wa utulivu wa joto na udhibiti wa joto, motors za induction za umeme na upinzani wa kutofautiana wa magnetic, motors za ushuru wa ulimwengu wote ni vyema zaidi kwa kulinganisha na motor yenye sumaku za kudumu za uso.

EST

Katika EST, turbine na compressor hazijaunganishwa na shimoni, na kila moja ina injini ya umeme. Hii inaruhusu compressor na magurudumu ya turbine kufanya kazi kwa kasi tofauti. Ubunifu huu una faida sawa na ET, lakini, tofauti na hiyo, ina uwezo wa kutoa nishati. Aidha, yeyeIna athari ya chini ya mafuta kutokana na kujitenga kwa compressor na turbine, pamoja na kutokuwepo kwa inertia ya ziada kutoka kwa turbine na shimoni yake. Kutenganisha turbine na compressor ni faida kutoka kwa mtazamo wa ufungaji, kwani inaruhusu njia ya mtiririko wa hewa kuboreshwa. Hata hivyo, teknolojia hii pia inahitaji injini ya nguvu ya umeme, jenereta na vibadilishaji umeme ili kukidhi uwiano wa torque/inertia, ambao hugharimu kiasi kikubwa.

TEDC

TEDC ni turbine ya kimakenika yenye compressor ya ziada inayoendeshwa na motor ya umeme. Kulingana na eneo la compressor inayohusiana na turbine, mifumo hii imeainishwa katika chaguzi za juu na chini (juu na chini ya turbine, mtawaliwa). Kwa ujumla, wana sifa ya mwitikio bora zaidi wakati wa kupita "chini" kwa sababu ya uhuru wa motor ya umeme kutoka kwa inertia ya turbine na shimoni. Zaidi ya hayo, TEDC za chini za mto ni bora katika suala hili kwa chaguzi za juu za mto kutokana na ukweli kwamba za mwisho zina sifa ya kiasi kikubwa kudumisha shinikizo. Faida nyingine ya aina hii ya turbine za umeme ni tofauti ndogo na zile za mitambo.

Kanuni ya uendeshaji

Aina zilizo hapo juu za turbine za umeme hutofautiana katika kanuni ya utendakazi. Kwa hivyo, hifadhi inatekelezwa kwa njia tofauti, baadhi yao wanaweza kutoa nishati, nk.

EC

Katika EC, compressor inaendeshwa na motor ya umeme. Mfumo kama huo hauna uwezo wa kutoa nishati, lakini kwa ajili yakehifadhi inaweza kuunganishwa na mfumo wa kujitengenezea breki au jenereta ya kuanza iliyojengewa ndani.

KULA

Kwenye EAT kwa kasi ya chini, mori ya umeme hutoa torati ya ziada kwa kibandiko ili kuongeza shinikizo. Katika "vilele" huzalisha nishati ambayo inaweza kuhamishiwa kwenye hifadhi. Kwa kuongeza, motor ya umeme inaweza kuzuia turbine kuzidi kikomo chake cha kasi. Hata hivyo, athari ya shinikizo la juu la mgongo inaweza kutokea, ambayo hufidia nishati inayotolewa kutoka kwa gesi za kutolea nje.

Kutokana na uwezekano wa kuzalisha umeme kutoka kwa gesi za kutolea moshi, turbocharger hizo huitwa mseto. Juu ya magari ya abiria, kulingana na mzunguko wa kuendesha gari, wanaweza kuzalisha kutoka kwa watts mia kadhaa hadi kW. Hii hukuruhusu kubadilisha kibadala huku ukihifadhi mafuta.

EST

Katika EST, nishati ya gesi za kutolea nje haiendeshi kibandizi moja kwa moja, lakini hubadilishwa kuwa nishati ya umeme kwa kutumia jenereta. Compressor inaendeshwa na nishati iliyohifadhiwa.

TEDC

Katika TEDC, mori ya umeme hufanya kazi bila turbine, na compressor ya ziada inayoendeshwa nayo hutumika kuongeza nguvu "chini".

Tofauti za muundo na utendakazi

Tofauti za kimsingi kati ya mifumo ya umeme inayozingatiwa ya uingizaji wa kulazimishwa inaunganishwa na watafiti katika Chuo Kikuu cha Wisconsin-Madison katika umbo la picha na jedwali. Kielelezo hapa chini kinaonyesha michoro ya kifaa chao (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC juu ya mkondo, e - TEDC chini ya mkondo).

Jedwali linaonyesha masharti makuu ya kifaa. Hizi ni pamoja na chanzo cha nishati, gari la compressor, nguvu ya vipengele vya umeme. Kwa kuongeza, sifa kama vile vipimo na athari ya halijoto ni muhimu.

Aina	EC	KULA	EST	TEDC
Chanzo cha nguvu	Betri	Gesi za kutolea nje / betri	Gesi za kutolea nje / betri	Gesi za kutolea nje / betri
Nguvu ya motor ya umeme na inverter	Juu	Chini	Juu	Chini
athari ya halijoto	Chini	Juu	Chini	Chini
Ukubwa	ndogo	Wastani	Kubwa	Kubwa
Turbine ya umeme	Hapana	Ndiyo	Ndiyo	Hapana
Turbo-umeme compressor drive	Hapana	Ndiyo	Hapana	Hapana

Kwa hivyo, teknolojia za EAT na EST ni za mitambo ya umeme. EC kama ilivyokuwaimebainika - utaratibu tofauti, TEDC - mfumo wa kawaida wa turbocharging ulio na hiyo.

Faida na hasara

Uendeshaji wa turbine kwa injini ya umeme huondoa hasara kuu za chaja za mitambo.

• Hakuna ucheleweshaji kwa vile motor ya umeme inaweza kusokota rota kwa kasi sana.
• Hakuna turbo lag inayosababishwa na ukosefu wa gesi za kutolea nje, kwa kuwa katika kesi hii motor ya umeme hulipa fidia kwa ukosefu wa nishati.
• Mota ya umeme hukuruhusu kuongeza nguvu wakati wa muda mfupi kama vile kuzuia kuchelewa bila madhara hasi ya ya pili.
• Hii hutoa wigo mpana wa uendeshaji na torati thabiti.
• Baadhi ya aina za mitambo hii inaweza kuzalisha umeme, kupunguza mzigo kwenye jenereta na kupunguza matumizi ya mafuta.
• Urejeshaji wa nishati iliyopotea inawezekana, kama Ferrari ilivyotekeleza katika injini ya Mfumo 1.
• Turbine za kielektroniki hufanya kazi katika hali ya upole zaidi na kwa kasi ya chini (elfu 100 badala ya elfu 200-300).

Hata hivyo, teknolojia hii ina baadhi ya hasara.

• Utata mkubwa wa muundo ikiwa ni pamoja na injini na vidhibiti.
• Hii husababisha gharama kubwa.
• Aidha, uchangamano wa muundo huathiri kutegemewa.
• Kutokana na idadi kubwa ya vipengele vya kimuundo (pamoja na turbine, hii inajumuisha injini ya umeme, vidhibiti, betri), turbocharger hizi ni kubwa zaidi na nzito kuliko za kawaida.

Aidha, kila aina ya turbine ya umeme ina sifavipengele mahususi.

Aina	EC	KULA	EST	TEDC juu mkondo	TEDC mkondo wa chini
Hadhi	Dhibiti kunyumbulika; kubadilika kwa mpangilio; ukosefu wa hali ya hewa ya shimoni; hakuna ubadhirifu; hakuna shinikizo la nyuma	Inayoshikamana; motor na kibadilishaji nguvu cha chini; hakuna ubadhirifu	Dhibiti kunyumbulika; kubadilika kwa mpangilio; ukosefu wa hali ya hewa ya shimoni; hakuna ubadhirifu	Rahisi kusakinisha; ukosefu wa hali ya hewa ya shimoni; motor na kibadilishaji nguvu cha chini; Uboreshaji endelevu wa utendakazi	Jibu bora la muda mfupi; rahisi kusakinisha; motor na kibadilishaji nguvu cha chini; Uboreshaji endelevu wa utendakazi
Dosari	Motor na kibadilishaji nguvu cha juu; ufanisi mdogo	Haja ya upoaji zaidi; hali ya ziada ya shimoni; ongeza kikomo cha kuongeza kasi kutokana na shinikizo la mgongo	Motor na kibadilishaji nguvu cha juu; kupoteza nishati wakati wa ubadilishaji; kikomonyongeza kwa sababu ya shinikizo la mgongo; inahitaji nafasi ya ziada ya usakinishaji	Si jibu la haraka sana la muda mfupi; inahitaji nafasi ya ziada ya usakinishaji; ufanisi mdogo	Inahitaji nafasi ya ziada ya usakinishaji; ufanisi mdogo

Kwa upande wa uimara, kulingana na IHI, turbine za umeme zitakuwa sawa na za mitambo kutokana na kufanya kazi katika hali sawa katika hali ya upole na yenye utata zaidi wa muundo.

Umuhimu

Licha ya utendakazi mzuri, mitambo ya umeme kwa sasa haitumiki sana kwenye magari yanayozalishwa kwa wingi. Hii ni kutokana na gharama zao za juu na utata. Kwa kuongeza, matoleo yaliyoboreshwa ya mitambo ya mitambo (kusonga pacha na jiometri tofauti) yana faida sawa juu ya marekebisho ya awali (ingawa kwa kiasi kidogo) kwa gharama ya chini zaidi. Sasa EST inatumia Ferrari kwenye injini ya Formula 1. Kulingana na Honeywell, matumizi makubwa ya mitambo ya umeme yataanza mwanzoni mwa muongo ujao. Ikumbukwe kwamba chaja za ziada za umeme tayari zinatumika kwenye baadhi ya magari ya uzalishaji, kama vile Honda Clarity, kwa kuwa ni rahisi zaidi.

Njia rahisi na za kujitengenezea nyumbani

Mapema katika muongo huo, mashine rahisi na za bei nafuu kama vile vipozezi vya kompyuta, pia huitwa turbine za umeme, zilionekana sokoni. Ziko kwenye ghuba na zinaendeshwa na betri. Inawezekana kutumia turbines vile za umeme kwenye carburetor na kwenye injector. Kulingana na wazalishaji, huongeza mtiririko wa hewa inayoingia kwenye injini, kuharakisha, ambayo inatoa ongezeko la utendaji hadi 15%. Katika kesi hii, vigezo (revs, mtiririko, nguvu) kawaida hazionyeshwa. Ni rahisi sana kusakinisha mitambo kama hiyo ya umeme kwenye gari kwa mikono yako mwenyewe.

Walakini, kwa ukweli, motors zao za umeme hukua hadi wati mia kadhaa, ambayo haitoshi kuongeza kiwango cha mtiririko, kwani hii inahitaji takriban 4 kW. Kwa hivyo, kifaa kama hicho kitakuwa kikwazo kikubwa kwenye ingizo, kama matokeo ambayo, kinyume chake, tija itapunguzwa. Bora zaidi, hasara kutoka kwayo zitakuwa ndogo, ambazo hazitaathiri sana mienendo.

Kwa kuongeza, kwenye Mtandao unaweza kupata maendeleo kuhusu kuunda turbine ya umeme kwa mikono yako mwenyewe. Tofauti na chaguzi za bei nafuu zilizotajwa hapo juu, zimejengwa kwa msingi wa compressor ya centrifugal na motor isiyo na brashi yenye nguvu ya hadi 17 kW na voltage ya 50-70 V, kwa kuwa tu motor hiyo inaweza kutoa torque ya kutosha na. kasi ya kuzungusha compressor. Injini lazima iwe na kidhibiti cha kasi. Mfumo huu hauhitaji intercooler - ulaji wa baridi ni wa kutosha kwa ajili yake. Ufungaji wa turbine ya umeme ya aina hii inaweza kuhitaji uingizwaji wa jenereta (kwa 90-100 A) na betri (kwa capacious zaidi na pato la juu la sasa). Kasi ya mzunguko wa compressor imedhamiriwa na nafasi ya koo. Zaidi ya hayo, utegemezi si wa mstari, bali ni wa kielelezo.

Inashauriwa kuunda mitambo hiyo ya umeme kwa magari yenye injini ndogo hadi lita 1.5, kutokana na matumizi makubwa ya nishati. Zaidi ya hayo, jinsi injini inavyoongezeka, ndivyo shinikizo la chini la chaja linaweza kuunda. Kwa hiyo, kwenye injini ya 0.7 lita, itakuwa 0.4-0.5 bar, kwa lita 1.5 - 0.2-0.3 bar. Kwa kuongeza, supercharger hiyo haitaweza kufanya kazi kwa muda mrefu katika utendaji wa juu kutokana na joto. Hata hivyo, kidhibiti kinaweza kusanidiwa ili kulazimisha kuwezesha.

Kwa sababu ya gharama ya juu ya vipengele, ni ghali sana kutengeneza turbine kama hiyo ya umeme. Maoni yanaonyesha ongezeko linaloweza kupimika la utendakazi.

Kuhusiana na muundo, mitambo hii, kama vile chaguo za bei nafuu zilizotajwa hapo juu, ni chaja kuu za umeme. Hata hivyo, mara nyingi hujulikana kimakosa kuwa turbine za umeme. Sasa kwenye soko kuna miondoko mikali zaidi yenye chapa ambayo iko karibu na ya kujitengenezea nyumbani.

CV

Mitambo ya kielektroniki inasikika zaidi, inazalisha na ina ufanisi zaidi kuliko mitambo na ina vipengele vya ziada. Wakati huo huo, kwa upande mmoja, wana muundo ngumu, lakini, kwa upande mwingine, wanafanya kazi katika hali nzuri zaidi.