Здравствуйте, дорогие читатели! Чтобы понять, что такое маломощные синхронные движки, следует разобраться в том, что такое синхронные двигатели вообще.
Такой движок отличается от привычного нам асинхронного принципиально иным типом ротора. У него ротор состоит из маломощного магнита (либо электромагнита).
Наименование «синхронный» такой движок получил по причине того, что скорости вращения полей ротора и статора у него одинаковы. Кроме того, отличие «синхронников» в том, что они имеют возможность значительного опережения токовой фазой фазы напряжения. Кроме того, эти устройства отличаются постоянством частоты вращения вне зависимости от нагрузки. Маломощные же двигуны отличаются от остальных лишь конструктивными особенностями ротора, обычно не имеющего возбуждающей обмотки и щеточного узла.
Чтобы возникал момент вращения, ротор таких моторов изготавливают из материалов магнита-твердого типа, после чего он проходит однократное намагничивание путем воздействия сильного импульсного поля.
Результатом этого воздействия становится надолго сохраняющаяся намагниченность полюсов. Если же применяется материал магнита мягкого типа, то ротор изготавливается такой формы, чтобы магнитопровод имел разное радиальное магнитное сопротивление. Агрегаты, имеющие постоянные магниты, оснащаются ротором цилиндрической формы явнополюсного типа, изготовленным из магнита твердого материала и короткозамкнутой стартовой обмоткой.
Во время старта такая машина работает по принципу асинхронной, поскольку первичный момент вращения возникает вследствие взаимодействия статорного поля и наводимых им токов в роторной обмотке.
Из-за того, что мотор стартует в состоянии возбуждения, от поля магнитов постоянного типа вертящегося ротора в статорной обмотке наводится эдс, имеющее непостоянную частоту, вызывающее токи, приводящие к появлению тормозящего момента. Мотор находится в асинхронном состоянии до тех пор, пока не достигнет скорости синхронизма.
После этого ротор входит в режим синхронизма и работает в своем обычном режиме. Маломощные моторы синхронного типа (иначе называемые микродвигателями) применяют в схемах автоматики, всевозможных бытовых приспособлениях, часовых механизмах, фототехнике и пр.
Эти устройства оснащены явнополюсным ротором, изготовленным из магнито-мягкого сплава со впадинами, другой вариант исполнения ротора — секционирование. Нужно это для получения разного сопротивления магнитного характера в круговых направлениях. Такие роторы изготавливают из листовой особой стали и оснащаются стартовой обмоткой. Иногда ротор выполняется из сплощного ферромагнетика с такими же впадинами. Роторы секционированного типа изготавливают из листов специализированной стали с заливкой их алюминиевым, либо иным диамагнетиком, который служит обмоткой короткозамкнутого типа.
Такие моторы обычно выполняются с мощностью не более сотни ватт, правда, бывает и более мощное исполнение, в случае, если надежной и простой конструкции отводится особенное значение.
Синхронные моторы реактивного типа в пару-тройку раз слабее по мощности машин, имеющих неизменные магниты, хотя конструктивно они проще и дешевле, их мощностной коэффициент имеет значение не более 0.5, а КПД – от 0.35 до 0.4.
Эти устройства оснащены роторами, выполненными из сплава магнитотвердого типа, имеющего гистерезисную петлю значительной ширины. Разница между ними и устройствами, оснащенными магнитами постоянного типа в том, что у последних ротор предварительно намагничивают, а у гистерезисных он намагничивается от вращающегося магнитного поля статора. Моторы этого типа могут работать и синхронным и асинхронным способом (правда, последним только на малом показателе скольжения).
Кроме того, эти моторы отличает очень большой стартовый момент, плавный вход в режим синхронизма, малая токовая конфигурация (ее границы лежат в пределах 20-30 процентов) в момент перехода от режима холостого хода в режим КЗ.
У этих моторов характеристики лучше, нежели у реактивных, у них простая конструкция, они надежны и малошумны в работе, у них небольшие размеры и вес. Их мощность не превосходит 4 сотни ватт, они изготавливаются как на полсотни герц, так и на иные частотные показатели. Они могут иметь и одну и две скорости.
У них статор явнополюсного типа, который располагается на собранном из пары пакетов симметричного типа, имеющие стык изнутри обмоточного каркаса. На магнитопроводе присутствует два полюса, которые разрезаны при помощи продольного паза на одинаковые части, причем на каждом полюсе одной есть короткозамкнутые витки. Выходной вал двигателя соединен с ротором посредством редуктора, который уменьшает скорость вала до значения несколько сот, или несколько десятков оборотов в минуту.
У них короткозамкнутые витки заменены четырьмя катушками, расположенными на обеих частях расщепленных полюсов. Чтобы заставить вал вращаться в нужную сторону, достаточно одну из пар закоротить.
Их работа заключается в конвертации электронных импульсов управления в угол поворота, который осуществляется дискретным способом. У них имеется статор, на чьем магнитопроводе расположены либо пара, либо тройка однообразных обмоток, сдвинутых в пространстве, которые по очереди подключаются к источнику прямоугольных импульсов с регулируемой частотой.
Ротор этих движков имеет явнополюсный тип и может быть как активного, так и реактивного типа. Роторы активного типа имеют возбуждающую обмотку, щеточно-контактный узел, либо неизменные магниты с чередующейся полярностью. Реактивные же всего этого не имеют.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.
podvi.ru
| Рейтинг двигателей по мощности и описание некоторых интересных двигателей.
В случае использования другого топлива четырехтактные двигатели могут выдавать гораздо большую мощность, например двигатели гонок на 1/4 мили Top Fuel Dragster. 8 литровый двигатель этих болидов работает на нитрометане и может кратковременно выдавать мощность 6-10 тысяч лошадиных сил и потребляет около 30 литров горючего в секунду. Такой мотор не имеет принудительного охлаждения и охлаждается поступающим в камеру сгорания топливом. Цикл работы на максимальной мощности составляет 4-5 секунд но тем не менее он успевает разогнать болид до 500 км/час ! С литра рабочего объема снимается более 1000 лошадиных сил мощности. Авиационные бензиновые звездообразные двигатели: самым мощным из них был и остается на сегодняшний день 36 цилиндровый Lycoming XR-7755. Рабочий объем цилиндров в 127 литров позволяет развивать долговременную мощность 5000 лошадиных сил, что составляет 39 лс на литр объема. Авиационные поршневые двигатели характеризуются тем, что все время работают практически на полной мощности. Поэтому для обеспечения большой надежности при огромной мощности, приходится создавать многолитровые двигатели с небольшой снимаемой с каждого литра мощностью. Звездообразные моторы имеют некоторые преимущества для использования их в авиации и по сей день. В первую очередь это возможность создавать при той же мощности более легкие двигатели. Масса Lycoming XR-7755 2700 кг при 5000 лс то есть на 1 кг приходится около 2 лс мощности. Легкость конструкции достигается за счет более "удобной" звездообразной компоновки, в которой к примеру при 9 цилиндрах используется всего лишь одна шейка коленчатого вала, картер получается очень ажурный и короткий, в отличии от рядного или V образного двигателя. Высокая надежность достигается за счет более простой конструкции с использованием воздушного охлаждения.
Корабельные, дизельные сверхмощные двигатели. Самым мощным на сегодняшний день дизельным двигателем, является силовой агрегат под названием Wartsila RTA96. Его номинальная мощность постоянной работы составляет 107.389 лошадиных сил при расходе дизельного топлива в качестве которого используется мазут. Компания выпускает разные вариации двигателей от 6 до 14 цилиндров в ряд. 107.389 лошадей имеет самая мощная турбированная версия с 14 цилиндрами, общим объемом 25.480 литров. Расход топлива около 13 тонн в час. номинальная мощность достигается при 102 об в мин. Крутящий момент, 7.603.850 Н.м Размеры исполинского двигателя так же потрясают воображение как и его мощность: его длинна 26.59 метров, высота 13.5 м и масса 2.200 тонн. Диаметр цилиндра 0.9 метра ход поршня около 2.5 метров и при этом, он обладает одним их самых высоких КПД, среди всех двигателей равным 50% Таким двигателем оснащаются самые большие суда в мире и его достаточно чтоб разогнать самый большой контейнеровоз на 2010 год Emma Maersk, водоизмещением 170.000 тонн до скорости 25.6 узла или 47 км /час.
Турбореактивные двигатели: При относительно малом весе, такие двигатели обладают просто колоссальной мощностью. Самые мощные из них: 1. F135-PW-100 турбореактивный двигатель для самолета истребителя F35 обладает тягой режиме максимальной мощности в 19.500 кг что в пересчете на лс составляет около 125.000 лс при массе 1700 кг. Расход топлива составляет около 6 тонн в час в режиме максимальной мощности (на форсаже) Режим экстремальной мощности не может продолжаться долгое время так как на форсаже двигатель сжигает слишком много топлива и при том расходует его не экономично. Обычная работа двигателя, примерно в пять раз меньше максимальной мощности и это около 25 тыс лс. 2. GE90-115B Самый мощный турбовентиляторный двигатель всех времен "на 2013 год". Масса агрегата около 8 тонн, тяга 52 тонны на взлете и 10 тонн при поддержании крейсерской скорости. Максимальная мощность в пересчете на лошадиные силы около 330.000 лс и крейсерская около 66 тыс лс. Примечательно, что максимальная мощность одного двигателя больше номинальной мощности всей силовой установки авианосца Нимиц !!! Принцип действия турбореактивного двигателя заключается в сжатии воздуха лопатками многоступенчатого компрессора до 15-25 атмосфер, после чего воздух попадает в камеры сгорания в которых происходит подача топлива и поджигание его искрой свечи, топливо сгорая расширяется и сгоревшие газы попадают на лопатки турбины, раскручивая ее вырываются в окружающее пространство. Лопатки турбины и компрессора находятся на одном валу, раскручивая турбину раскручиваются и лопаточные колеса компрессора. Двигатели истребителей оборудуются форсажными камерами. Пространство находящееся за турбиной в которое подается дополнительное топливо. Так как не весь кислород находящийся в воздухе сгорает в камерах сгорания, появляется возможность дожечь его в форсажной камере, позволяя получить больше тяги в итоге. Форсажная камера уменьшает экономичность двигателя но повышает его энерговооруженность, позволяя снять больше мощности с единицы веса двигателя. Двигатели грузовых и пассажирских самолетов оборудуют огромными вентиляторами или винтами (турбовентиляторные и турбовинтовые двигатели) стоящими перед компрессором. Такие устройства позволяют использовать не только реактивную энергию газов сгоревшего топлива и несгоревших компонентов воздуха, но создают значительный процент тяги используя образовавшийся избыток крутящего момента на валу, в результате работы самого двигателя. Турбовентиляторные двигатели значительно экономичнее аналогичных турбореактивных. Самые енерговооруженные, двигатели обладающие просто нереальной мощью, это естественно ракетные двигатели. Самым мощным из них является американский двигатель на жидком ракетном топливе F1, используемый в прошлом, для запуска человека на луну. F1 является самым мощным однокамерным двигателем, то есть имеющим одну камеру сгорания и сопло. Часто используются объединенные двигатели состоящие из 4 однокамерных. Советский РД-170 превзошел по мощности F1 но он имеет 4 однокамерных двигателя сгруппированных вместе. Итак приступим к описанию: Масса двигателя 8400 кг. Потребление топлива 788 кг литров в секунду - 47 тонн в мин Потребление окислителя 1789 литров в секунду - 107 тонн в мин Только на работу насосов прокачивающих топливо и окислитель, затрачивалось 55000 лошадиных сил мощности. Мощность же самого двигателя составляла около 700 тонн тяги или около 38.000.000 лс !!! В составе первой ступени ракеты Апполон 5, использовалось 5 таких двигателей общей мощностью 190 миллионов лошадиных сил.
При всей мощности двигателей F1 существуют еще более мощные, на этот раз это твердотопливные ракетные двигатели (ускорители). Ускорители, применявшиеся для запуска космического челнока Шатла на орбиту. Мощность каждого в 1.8 раза больше двигателя F1 и составляет около 1260 тонн или 68 миллионов лошадиных сил. Корпуса ускорителей являются многоразовыми элементами и при "положительной дефектовке" могут использоваться повторно. Чтоб реализовать многоразовость, ускорители снабжены системой спасения, после отделения их от основного бака челнока. Система спасения подразумевает наличие нескольких парашютов с системой управления, раскрывающихся сразу после отделения. Баки опускаются на поверхность океана после чего могут быть выловлены и доставлены на базу, для осмотра, дефектовки и повторного использования, всего ускорителя полностью или частично. Статья с авиационными, морскими и ракетными двигателями, не совсем сочетается с основным содержимым сайта zero-100.ru и создана с надеждой, что она так же будет интересна нашим читателям, как и все остальные материалы, публикуемые на страницах нашего ресурса. Оставляйте свои отзывы ведь благодаря им мы будем лучше знать, что больше всего нравиться нашим читателям ! на главную |
zero-100.ru
low-powered engine
Русско-английский авиационный словарь. 2013.
маломощный двигатель (менее 1 л. с.) — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва] Тематики электротехника, основные понятия EN fractional horsepower motorfractional h. p. motorsubfractional horsepower… … Справочник технического переводчика
вспомогательный (маломощный) двигатель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN pony motor … Справочник технического переводчика
МАЛОМОЩНЫЙ — МАЛОМОЩНЫЙ, маломощная, маломощное; маломощен, маломощна, маломощно. 1. Физически слабый, малосильный (устар.). 2. Малой мощности (тех.). Маломощный двигатель. Маломощная электроустановка. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
маломощный — прил., употр. сравн. часто Морфология: маломощен, маломощна, маломощно, маломощны; маломощнее Машину, механизм называют маломощными, если они имеют очень небольшую мощность. Маломощный двигатель, электромотор. • маломощность сущ., ж. Толковый… … Толковый словарь Дмитриева
МАЛОМОЩНЫЙ — МАЛОМОЩНЫЙ, ая, ое; щен, щна. 1. То же, что маломочный. 2. Малой мощности. М. двигатель. | сущ. маломощность, и, жен. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
маломощный — ая, ое; щен, щна, щно. 1. Не обладающий достаточной физической силой; физически слабый. Маломощные больные. Маломощные родители. 2. Не имеющий достаточных средств для ведения собственного хозяйства; бедный (о ком л.). М. хозяин. М ая семья. // Не … Энциклопедический словарь
маломощный — ая, ое; щен, щна, щно. см. тж. маломощность 1) Не обладающий достаточной физической силой; физически слабый. Маломощные больные. Маломощные родители. 2) а) Не имеющий достаточных средств для ведения собственного хозяйства; бедный (о ком л.)… … Словарь многих выражений
Toyota Prius — Toyota Prius … Википедия
БА-11 — БА 11 … Энциклопедия техники
Пылесос — Напольный пылесос Пылесос устройство для уборки пыли и загрязнений с поверхностей за счёт всасывания потоком воздуха. Пыль и загрязнения накапливаются в пылесборнике, из которого они должны регулярно удаляться. Первые пылесосы б … Википедия
БА-5 — 1935 ТЯЖЕЛЫЙ ПУШЕЧНЫЙ БРОНЕАВТОМОБИЛЬ Тактико технические характеристики • Силовая установка • Вооружение • Факты • Основные модификацииСтремление повы … Военная энциклопедия
aviation_ru_en.academic.ru
К какой бы стране-производителю не относилась бы мини техника, оборудованная простым двухтактным двигателем, любая неисправность её будет зависеть от того, чем ‘кормят’ двигатель и от того, какого качества проведена сборка. Конечно, о качестве самих сборочных единиц можно сомневаться и можно много и долго говорить об этом. Кого-то устраивает, а кого-то — нет.
К примеру, нам нужна бензопила всего лишь на один день. Берём на прокат или покупаем самую дешёвую. Для профессиональных пильщиков потребуется бензопила с большим часовым ресурсом, тут и стоимость её заметна. А как быть, когда реализуют разовую технику как профессиональную или как полупрофессиональную ещё и по соответствующей цене? Нам то неосведомлённым не знать об этом. Вот и ломается всё, а иногда и сразу.
Отказ в работе двухтактного двигателя или его поломки случаются разные и зависят от большого ряда причин.
Вот пример. Владелец пользовался бензокосой не один год. Коса попала в другие руки и вот результат. Двигатель заклинил, а пользователь и не понял почему он при этом заглох. ‘Хороший стук выходит наружу’. Поршень имел брак в литье, который выявился в тот самый ненужный момент. Пытались завести день, но всё без результата. При вскрытии поршневой, алюминиевые частички поршня были притёрты к стенке цилиндра.Какая здесь компрессия? А пальцем прижимали свечное отверстие и пыж газетный вставляли мастера. Винили карбюратор, причём зря.
1. Нарушение герметичности прилегания прокладок и отдельных частей агрегата.
Загрязнение карбюратора и образование дополнительного нагара на головке поршня и свече зажигания. Чем больше грязи попадёт в рабочую камеру цилиндра, тем заметнее будет дымок в выхлопных газах. Дым от светло-серого цвета до чёрного с соответствующим запахом гари. Выхлопное отверстие глушителя и цилиндра покрываются маслянистым или сухим нагаром, который сужает отверстия. Поршень и дно цилиндра покрываются нагаром, который в зависимости от характера загрязнений может быть твёрдым или иметь соответствующую вязкость. Остановка двигателя возможна из-за замыкания электрода свечи на массу или из-за заклинивания поршня. В лучшем случае засядут компрессионные кольца или будет возникать детонация двигателя после отключения зажигания.
Подсос воздуха, обеднение смеси или её отсутствие. Двигатель с трудом может заводиться с закрытой воздушной заслонкой, но работать не будет в обычном режиме. Холостой ход отсутствует. Карбюратор покрыт влажной пылью и в некоторых случаях можно увидеть в местах соединений частей карбюратора воздушные пузырьки или протекание топлива.
При закрытой воздушной заслонке карбюратора холодный двигатель может завестись и работать на повышенных оборотах. Холостой ход нарушен или вовсе отсутствует. При нагреве цилиндра зазор между цилиндром и карбюратором увеличится и двигатель заглохнет. Перед этим он начнёт терять мощность на оптимальном режиме, не говоря о режиме максимальной мощности.
В один из периодов работы двигателя, поршень перемещается вниз цилиндра. Проходя мимо впускного окна, он своей юбкой отсекает часть объёма с топливо-воздушной смесью, образовавшейся в диффузоре, и пропускает смесь в верхнюю часть цилиндра через перепускные каналы/фото 1/.
При плохой герметичности между цилиндром и картером поршень не создаст достаточного давления, необходимого для работы топливного насоса, и не сможет переместить топливо-воздушную смесь в верхний объём цилиндра.
Компрессия может быть хорошей и даже очень хорошей, а давление для работы топливного насоса мало или вообще отсутствует. Двигатель не заведётся или заведётся с большим трудом, но ненадолго. Заметно увеличение расхода топлива.
Когда прокладка разорвана, появилась микротрещина в картере или немного отжаты стяжные болты цилиндра, создаваемое поршнем давление для работы топливного насоса карбюратора будет недостаточно или вообще отсутствовать. И что бы не делали, двигатель не заведётся. Даже тогда, когда после впрыска топлива в диффузор карбюратора или непосредственно в цилиндр через свечное отверстие двигатель ‘вздрогнет’, работать он будет столько, сколько хватит влитого топлива. А это секунда или чуть более.
Полость картера сообщается с мембраной топливного насоса карбюратора через сквозное отверстие 1 в цилиндре двигателя/фото 3/. На стенке картера у места прилигания цилиндра сделана прорезь/фото 2/, которая совпадает с отверстием А на основании цилиндра/фото 3/.
Когда ‘заботливый’ хозяин устанавливает новую прокладку как-нибудь, когда отверстие забивается грязью или перекрывается прокладкой, то двигатель не покажет даже ‘признака жизни’. Это будет великой загадкой для многих. Мелочь, а какая зависимость!
Проверить можно впрыском топлива в диффузор карбюратора или в полость цилиндра через свечное отверстие. Двигатель заведётся сразу и тут же заглохнет. Если в диагностике участвуют двое, то достаточно одному проводить запуск двигателя, а второму медицинским шприцем впрыскивать топливо в открытый диффузор карбюратора. Двигатель заведётся и проработает на впрыске на разных режимах карбюратора.
Двигатель с трудом заводится, холостой ход неустойчивый, наблюдаются провалы в работе на переходных режимах, увеличен расход топлива. Присутствуют признаки, что и при нарушении герметичности между цилиндром и картером. Заметны подтёки под маховиком стартера.
При неточной сборке, при отпуске стяжных болтов, при тепловой деформации нарушается герметичность между цилиндром и глушителем двигателя. Во время работы двигателя увеличивается уровень шума. Двигатель ‘ревёт’. На месте соединения заметны маслянистые подтёки. Расход топлива немного увеличивается.
Рекомендуемый бензин для соответствующего двигателя нужно смешивать с маслом, которое хорошо смазывает рабочую поверхность цилиндра, поршень с компрессионными кольцами, коленчатый вал, шатун с подшипниками и поршневой палец. В то же время, при сгорании масло не должно коксоваться. Излишний нагар приведёт к быстрому износу двигателя, а что хуже — к его заклиниванию.
Нагар образовывается и под кольцами. Когда двигатель новый, излишнее количество масла в бензине образует нагар, который выпирает кольца наружу, увеличивая износ зеркальной поверхности цилиндра, то есть ‘пишет группу’. На стенке цилиндра видны продольные царапины от выжатых нагаром поршневых колец.
Нагар также может закрыть входное отверстие глушителя. Звук работающего двигателя в таком случае глухой. На малых оборотах работает без нагрузки. Из выхлопной трубки выхлопные газы движутся слабым напором и содержат много дыма. При увеличении оборотов двигатель глохнет. Заметны выбросы газов наружу через карбюратор при снятом воздушном фильтре.
Так как поршень не может выдавить все отработанные газы из цилиндра, то так же не может и набрать в цилиндр необходимое количество нужной топливо-воздушной смеси. Чем больше перекрыто отверстие глушителя, тем с большим трудом заводится двигатель, а то и вообще не заведётся.
При недокрученной свече зажигания в её резьбовом соединении с головкой цилиндра образуется канал, пропускающий топливо-воздушную смесь наружу во время создания поршнем компрессии. А при поджиге топлива в цилиндре, количество выдавленной смеси увеличивается. Вокруг головки свечи зажигания и на самой головке цилиндра видны мокрые и маслянистые подтёки.
Возможен и дефект свечи зажигания, у которой всё тело — изолятор с центральным электродом, вращается внутри гайки. Компрессия с такой свечой падает незначительно. На корпусе свечи по кругу основания изолятора виден слабый нагар от просачивания газов во время взрыва топливо-воздушной смеси в цилиндре. Посмотреть в новом окне.
Что бы хоть как-то доработать на изношенном двигателе можно увеличить количество масла в смеси с бензином. Но это ненадолго.
vesyolyikarandashik.ru
Cтраница 3
Датчики, применяемые для измерения скорости маломощных двигателей, имеют очень небольшую выходную мощность и поэтому, как правило, выходная мощность датчиков усиливается перед подачей в измерительную цепь при помощи электронных или магнитных усилителей. [31]
Чисто термосифонНые системы встречаются лишь у маломощных двигателей полустационарного типа. [32]
Цельный съемный маховик ( применяется на маломощных двигателях) надевают на вал и закрепляют двумя призматическими или тангенциальными шпонками. Для этой операции часто приходится вынимать вал из рамы и только после посадки маховика укладывать его окончательно на подшипники. [33]
Пуск двигателя от руки применяют в автотракторных и маломощных двигателях. [35]
В оборудовании современного автомобиля есть большое число маломощных двигателей, предназначенных например, для воздушного вентилятора, кондиционера, стеклоочистителя ветрового стекла, для стеклоподъемника двери, для регулировки сидения, стеклоочистителя фары, поднятия капота двигателя, магнитофона, подъема антенны и настройки радио. [36]
Они считают, что первоначальная стоимость нескольких маломощных двигателей несущественно превышает стоимость одного двигателя, мощность которого равна сумме этих маломощных электродвигателей. Однако при установке нескольких двигателей значительно упрощаются кинематические схемы, повышается надежность установки в целом и создаются более благоприятные возможности для регулирования процесса горения. [38]
Электронные усилители мощности применяются для питания управляющих обмоток маломощных двигателей и реле. [39]
Автономный компрессор устанавливают на отдельном фундаменте аналогично установке маломощных двигателей внутреннего сгорания. Для устажжки компрессора снимают крышку цилиндра, разбирают мотылевый подшипник и вынимают поршень вместе с шатуном. Фундаментную раму, картер и цилиндры ( или станины) ставят на фундамент так, чтобы фундаментные болты совпали с отверстиями в раме, и выверяют на подкладках. После достижения строго вертикального положения цилиндра затягивают гайки фундаментных болтов и подготовляют раму юмпрессора к подливке цементным раствором. [40]
Как правило, эти передачи приводятся в движение маломощными двигателями или от руки, и во многих случаях они работают в приборах, подверженных ударным нагрузкам и вибрациям при изменяющихся климатических условиях. [41]
Перемещение бумажной ( диаграммной) ленты производится при помощи маломощного двигателя ( на рисунке не показан), связ. [42]
Автомобили высокого класса показывают лучшие цифры, автомобили с маломощными двигателями - худшие. При езде по автострадам одно переключение передач приходится на несколько километров пути. [43]
Вследствие относительно малого расхода охлаждающей воды на станциях с маломощными двигателями внутреннего сгорания наиболее часто устраивается проточная система охлаждения. В этой системе вода, подаваемая насосной станцией из источника водоснабжения, проходит через маслоохладители, затем через охлаждающие полости рубашек цилиндров, крышек и др., после чего направляется на слив. Поэтому в современных высоконапряженных быстроходных двигателях стремятся уменьшить величину этого перепада до 15 - - 10 и даже 5 С, что требует соответственного увеличения количества циркулирующей в рубашках воды. Увеличение скорости циркуляции имеет место также при замкнутой циркуляционной системе обратного охлаждения воды, так как температура выхода охлаждающей воды из двигателя должна оставаться неизменной, а температура охлажденной воды обычно значительно выше, чем в естественных источниках водоснабжения. [44]
Поэтому применения встроенных регуляторов следует прежде всего ожидать на маломощных двигателях, для которых относительная стоимость автоматического регулятора даже прямого действия становится заметной, а требования к стабильности работы могут быть снижены. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
ФГУП "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова" широким фронтом ведет НИОКР создания перспективных газотурбинных и поршневых двигателей в интересах разработчиков беспилотных летательных аппаратов, самолетов и вертолетов малой авиации. "АвиаПорт" приводит систематизированное изложение выступлений начальника сектора ЦИАМ (малоразмерные ГТД) Владимира Ломазова и начальника сектора ЦИАМ (ПД) Александра Костюченкова на II международной конференции "Беспилотная авиация - 2015".
Работы ЦИАМ по малоразмерным ГТД
Сектор для проведения НИОКР в интересах создания научно-технического задела и изготовления экспериментальных образцов перспективных авиадвигателей был создан два года назад. Речь идет о работах по исследованию вопросов и проблем создания короткоресурсных турбореактивных двигателей (ТРД) с тягой на стенде порядка 100 кг и турбовинтовых двигателей (ТВД) мощностью до 360 л.с. В ЦИАМ прорабатывается несколько проектов авиадвигателей: ТРД-100 на 106 кг тяги, ТРД-160 на 168 кг тяги, турбовинтовых ТВГТД на 360 л.с. мощности массой 55 кг и ТВГТДр с регенерацией тепла на мощность 350 л.с. и некоторые другие.
Основные требования к авиадвигателям
Основными критериями при создании перспективных двигателей являлись стоимость эксплуатации, назначенный межремонтный ресурс и топливная эффективность, которые в совокупности определяют расходы на летный час. Проведенные расчеты показали, что для двигателей такого класса стоимость летного часа должна быть не более 500 рублей за час полета (без учета стоимости ГСМ), технический ресурс должен составить не менее 8000 часов. При таких показателях стоимость жизненного цикла составит 3,2 млн рублей в сегодняшних ценах.
Создание унифицированного газогенератора
Известно, что "сердцем" ГТД является газогенератор (ГГ), поэтому ключевым вопросом является создание перспективного ГГ с расходом воздуха 1,5-1,6 кг/с. Двигатель с таким газогенератором должен обходиться заказчикам в виде ТРД для беспилотников по цене порядка в 500-550 тысяч рублей, то есть примерно 5000 рублей за один кг тяги. Это та нормативная составляющая, которую хотели бы видеть все заказчики, чтобы весь беспилотник получился недорогим. Сейчас институтом ведутся работы по разработке ГГ длиной порядка 500 мм и 240 мм в диаметре.
По проведенному анализу, базовые составляющие цены газогенератора:
| Трудозатраты предприятия-изготовителя | 25,33 |
| Стоимость сырья и материалов | 23,27 |
| Стоимость ПКИ | 40,5 |
| Прочие расходы | 10,9 |
Многим заказчикам хотелось бы видеть двигатель сложного цикла, который по расходу топлива приближается к поршневым двигателям. Это двигатель (ТВГТДр) с регенерацией тепла. Такие двигатели реализованы в наземной технике и выпускаются серийно. У классического ТВГТД удельный расход топлива составляет 0,296 кг/л.с.*ч, на ТВГТДр - 0,23 кг/л.с.ч, а у лучших поршневых двигателей - 0,16 кг/л.с.ч. Двигатель с теплообменным аппаратом находится сейчас на стадии изготовления опытных образцов.
Широкая линейка двигателей в интересах народного хозяйства и обороны может быть создана на базе одного ГГ. Есть и технические, и технологические, а также организационные предпосылки для того, чтобы создать ГТД в указанном классе мощности стоимостью 1,2 млн рублей.
ГТД на базе унифицированного газогенератора:
| Тяга, кг / Мощность, л.с. | 365 | 360 | 350 | 106 | 168 |
| Удельный расходтоплива, кг/кгс.ч | 0,302 | 0,296 | 0,23 | 1,11 | 0,73 |
| Расход воздуха, кг/с | 1,424 | 1,424 | 1,424 | 1,5 | 1,62 |
| Степень повышениядавления в компрессоре | 5,7 | 5,51 | 5,51 | 6,0 | 6,4 |
| Температура газовперед турбинойкомпрессора, К | 1 263 | 1 263 | 1 263 | 1 323 | 1 323 |
| Сухая масса, кг | 45 | 55 | 87 | 21 | 42 |
ЦИАМ проводит работы по внедрению новейших технологий для снижения массы, повышения качества отдельных узлов и деталей. Подтверждено снижение себестоимости изготовления колеса компрессора почти в 20 раз против классического колеса с вставными лопатками. За счет применения современных технологии литья цена ротора уменьшена примерно в 15-18 раз по сравнению с ротором стандартной вспомогательной силовой установки такой же размерности, которая стоит на отечественных самолетах. В качестве опытного образца изготовлен и будет испытываться на стенде стартер-генератор с возможностью раскручивания до 90 тысяч оборотов, который ставится на вал без редуктора и существенно уменьшает массу двигателя. Он обеспечивает мощность до 4 кВт и имеет массу всего лишь 700 грамм, против сегодняшних 10 кг.
Работы по перспективным поршневым двигателям
В России в настоящее время полностью отсутствует производство поршневых авиадвигателей для беспилотников и легких самолетов и вертолетов, что заставляет отечественных конструкторов применять авиадвигатели зарубежного производства. В связи с огромной потребностью в таких двигателях, ЦИАМ проводит НИОКР и прорабатывает проекты перспективных поршневых авиадвигателей в интересах их применения на беспилотных летательных аппаратах, легких самолетах и вертолетах.
Преимущества применения в авиации поршневых двигателей
По удельной стоимости и удельному расходу топлива авиационные поршневые двигатели (АПД) значительно превосходят газотурбинные двигатели (ГТД) в своем классе мощности до 500 л.с. В тоже время, АПД существенно уступают ГТД по удельному весу. Кроме того, при времени полета более пяти часов дизельные двигатели также имеют значительные преимущества перед ГТД. Бензиновые АПД представлены в основном двухтактными двигателями мощностью до 50 л.с. и четырехтактными мощностью 50-400 л.с. Кроме того, с возможностью работы на авиакеросине используются дизельные двигатели мощностью 100-500 л.с. и роторно-поршневые мощностью до 300 л.с.
Проводимые НИОКР в интересах создания перспективных АПД
ЦИАМ исследует как новые конструктивные схемы, так и применение самых современных материалов и перспективных технологических решений. Например, в настоящее время в рамках проводимых НИР создается унифицированная роторно-статорная группа, а также ведется изготовление и подготовка к проведению стендовых испытаний двигателя на 100 л.с. Проводятся исследования новых материалов при создании самых ответственных узлов и деталей АПД.
Линейка прорабатываемых ЦИАМ перспективных российских АПД
В рамках проводимых НИОКР прорабатывается ряд АПД различного диапазона мощности. В частности, в работе находится ряд роторно-поршневых авиадвигателей мощностью от 100 л.с. до 300 л.с. на базе унифицированной роторно-статорной группы, бензиновый двигатель мощностью 120-150 л.с. с возможностью оснащения турбокомпрессором, дизельный АПД мощностью 300 л.с. для беспилотников, легких самолетов и вертолетов. Кроме того, на стадии разработки Технического задания находится разработка АПД мощностью 50 л.с. и ряд дизельных АПД мощностью 450-800 л.с.
АПД ПД-1400
АПД ПД-1400 разрабатывается совместно ЦИАМ и Гаврилов-Ямским машиностроительным заводом "Агат". Разрабатываемый поршневой четырехтактный воздушного охлаждения с редуктором АПД должен иметь мощность взлетную 90 л.с., удельный расход топлива на уровне 210 г/л.с.*ч и удельный вес 0,75 кг/л.с. Этот двигатель уже прошел достаточно большой комплекс испытаний и они продолжаются.
АПД ПД-2800
АПД ПД-2800 также разрабатывается в рамках ОКР совместно с Гаврилов-Ямским машиностроительным заводом "Агат". Этот поршневой четырехтактный дизельный двигатель жидкостного охлаждения готовится к испытаниям. Он рассчитан на мощность 300 л.с., его удельный расход топлива должен составить 160 г/л.с.*ч, а удельный вес 0,75 кг/л.с.
Перспективные показатели прорабатываемых АПД
Применение самых современных технологий при изготовлении перспективных АПД позволит снизить массу силовой установки на 20-25%, снизить удельный расход топлива на основных режимах на 15-20%, повысить ресурс АПД до 5000 часов, снизить эксплуатационные расходы на 30-40%.
Сравнение АПД и ГТД:
| Разработчик | Чехия | ЦИАМ | ЦИАМ | Чехия | Франция |
| Стадия разработки | Опытный | Эскизный проект | Эскизный проект | Серийный | Опытный |
| Мощность, л.с. | 240 | 360 | 350 | 235 | 230 |
| Удельный расходтоплива, кг/л.с.•ч | 0,39 | 0,31 | 0,25 | 0,22 | 0,16 |
| Часовой расход топлива, кг | 42 | 33,5 | 22 | 21,7 | 14,8 |
| Масса двигателя, кг | 55 | 45 | 87 | 153 | 181 |
| Межремонтный ресурс, час | 500 | 2 500 | 2 500 | 1 000 | 1 500 |
| Назначенный ресурс, час | 1 500 | 7 500 | 7 500 | 3 000 | 4 500 |
| Стоимость серийногообразца, млн руб. | 3,6 | 1,3 | 2,1 | 1,8 | 2,4 |
Материал «ЦИАМ: проекты двигателей малой мощности» подготовлен сотрудниками агентства «АвиаПорт». Мы просим при цитировании указывать источник информации и ставить активную ссылку на главную страницу сайта или на цитируемый материал.
Связи: Отраслевое агентство "АвиаПорт", Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (в процессе тестирования)www.aviaport.ru
В процессе становления новой технологии можно выделить несколько этапов, на каждом из которых технология распространяется на новую область применения. Обычно этих этапов четыре- научный (предварительные лабораторные исследования), военный, промышленный и, наконец, бытовой. От экспериментальных образцов тридцатых-сороковых годов, через двигатели военных самолетов пятидесятых-шестидесятых к реактивным гражданским лайнерам и промышленным ГТУ. Постепенно начинается внедрение газотурбинных двигателей и в «бытовую» сферу, они становятся ближе к человеку. Такими, «доступными», двигателями на сегодняшний день являются микротурбинные электростанции и газотурбинные двигатели легких самолетов и БПЛА [3].
Микротурбина представляет собой установку, предназначенную для вырабатывания электричества и, при использовании дополнительного оборудования, тепла (рисунок 1) [2].
Рисунок 1 - Турбогенератор МТУ Capstone C65 в сборе
Электрическая мощность существующих установок, относимых к этому классу, лежит в диапазоне от 30 до 1000 кВт. Обычно размер установки не превышает 4 кубометров, что примерно соответствует габариту большого шкафа. Преимуществами микротурбин перед давно известными поршневыми автономными генераторами являются:
- малые габаритные размеры
- низкий уровень шума и вибраций
- возможность работы на различных видах топлива
- низкий уровень эмиссии вредных веществ в выхлопе
- возможность работать в широком диапазоне нагрузок
Все это позволяет использовать микротурбины в качестве автономных источников электроэнергии, для питания потребителя независимо от центральной энергосети
Конструктивно типичная микротурбина состоит из трех основных элементов - это турбоагрегат, генератор, силовая электроника с управляющими схемами и теплообменник-водонагреватель.
Среди других особенностей микротурбиннных установок можно отметить необходимость сложной силовой электроники, формирующей выходной ток. Установка электрогенератора непосредственно на валу турбоагрегата приводит к тому, что вместе с оборотами турбины изменяется и частота тока, вырабатываемого генератором. Для приведения тока к стандартным параметрам сети применяют схему с двойным преобразованием: из переменного тока получают постоянный ток в выпрямителе и затем формируют из него выходной ток частой 50 герц в инверторе. Применения сложной силовой электроники возможно избежать, применив свободную силовую турбину с механизмом поддержания оборотов. Однако это усложняет и удорожает как проектирование, так и производство турбоагрегата [1].
Несмотря на перечисленные недостатки, микротурбинные энергоустановки достаточно широко применяются в Европе и США, начинают находить применение и в России. Микротурбины позволяют получать необходимую энергию в непосредственной близости от места потребления, что значительно сокращает транспортные потери и позволяет, в перспективе, сделать систему тепло- и электроснабжения более динамичной- подстраиваемой под нужды конкретного потребителя.
Согласно существующим нормам проектирования энергосетей гипотетическая одиночная установка мощностью 100кВт и КПД 30% по электричеству может обеспечить электроэнергией более 80 квартир, оборудованных газовыми плитами, либо приблизительно 40 коттеджей. Более того, применение мало распространенной на сегодняшний день системы тригенерации, позволяющей на основе микротурбин вырабатывать холод за счет установки абсорбционных холодильников в систему выхлопа, позволяет создать в жилом доме централизованную систему вентиляции и кондиционирования, поддерживающую в каждой квартире комфортную температуру зимой и летом [2].
Перспективные проекты комбинированных энергоустановок (КЭУ) на базе микрогазотурбинных двигателей (ГТД) и топливных элементов (ТЭ). Разработанные к настоящему времени энергоустановки ЭУ на базе ТЭ различных типов отличаются единичной мощностью, ресурсом, КПД. В КЭУ мощностью до 20 МВт предпочтительнее использовать ЭУ, состоящую из несколько одинаковых ТЭ, включающихся в батареи ТЭ, соединенных с одной ГТУ малой и средней мощности [1].
Для специфики нашей страны, с характерными для нее огромными пространствами и неразвитой сетью дорог естественна необходимость в легких летательных аппаратах. Однако они не получили должного развития и являются скорее дорогой диковинкой, чем полноценным средством транспорта. Основной причиной этого является отсутствие доступных и надежных авиационных двигателей в диапазоне мощностей от 50 до 150 кВт. В настоящий момент в России практически отсутствует инфраструктура для производства авиационных поршневых двигателей, в значительной мере утерян опыт их проектирования. Это привело к доминированию на рынке авиационных двигателей иностранных производителей, прежде всего фирм «Rotax» и «Lycoming». Двигатели «Rotax» не сертифицированы на территории России и потому могут применяться только на легких частных самолетах, не предназначенных для профессиональной деятельности. Двигатели «Lycoming» относятся к классу «профессиональных» и достаточно широко применяются на сельскохозяйственных и других легких самолетах [3].
У этих двигателей два основных недостатка. Во-первых, из-за монопольного положения фирм на рынке цены на двигатели сильно завышены, что препятствует их распространению. Во вторых, двигатели «Lycoming» и «Rotax» предназначены для работы на специальном авиационном бензине с октановым числом 100. Этот бензин не производится в нашей стране, поэтому он малораспространен и стоимость его доходит до 100 рублей за литр. Из-за этого коммерческое применение легких самолетов практически невозможно, полеты доступны малому числу состоятельных граждан.
Решением этой проблемы представляется создание газотурбинного двигателя малой мощности, который можно было бы устанавливать на легкие и частные самолеты. С учетом развитой инфраструкткры производства ГТД, такая установка, при условии достаточного объема производства будет доступной. За рубежом существует несколько предприятий, разрабатывающих и производящих газотурбинные двигатели этого класса. В основном они предназначены для установки на авиамодели и беспилотные самолеты, однако существует несколько моделей двигателей для легких самолетов. Среди них можно назвать американский TPR80,чешский турбореактивный TJ100A и турбовинтовые TP100, TP180.
Малые и средние ГТД, разработанные для вертолетов и легких самолетов, имеют ресурс 4 - 8 тыс. ч., выполнены по схеме со свободной силовой турбиной, и для применения в наземных установках требуется их конвертирование [2]. Разработка ГТУ на базе конвертированных ГТД, оптимальных для КЭУ с ТЭ, является актуальной задачей. Разработкой специализированных ГТУ занимаются многие известные фирмы[2].
Таблица 1
Уровень разработок ЭУ на базе различных видов ТЭ [1]
|
Производитель, разработчик*, поставщик** |
Модель |
Номинальная/ пиковая электрическая мощность, кВт |
Номинальная тепловая мощность, кВт |
Электрический/ теплофикационный КПД, % |
Расход топлива на номинальном режиме, кг/ч |
Температура теплоносителя на входе/ выходе, С |
Примечание |
|
1 |
2 |
4 |
5 |
8 |
9 |
12 |
15 |
|
ФГУП “Завод имени В. Я. Климова” |
ТВ2-117 |
800/900 |
- |
20,0/- |
290 |
- |
- |
|
ОАО “КAДВИ” |
ГТЭС-75 |
75/- |
654 |
11,0/79,0 |
- |
- |
- |
|
ФГУП “ОМО им. П.И.Баранова” |
ЭУ-53-500 (ТВД-20) |
500/- |
- |
25,0/- |
225 |
- |
- |
|
ОАО ИПП “Энергия” |
ГТК-100К* |
100/125 |
- |
11,4/- |
- |
- |
*400 Гц |
|
ОАО “Энерготех” |
ГТЭ-250/630 |
210/235 |
630 |
20,0/60,0 |
- |
- |
- |
|
Bowman |
TG80CG |
80/- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Capstone Turbine Corp. ООО “БПЦ Энергетические системы”** |
C30* C65* |
30/37,5 65/- |
- - |
28/80 29/85 |
8,2 - |
- - |
*рекуперативный цикл |
|
Turbec |
T100 CHP |
103/- |
155 |
- |
30,0*/77 |
- |
- |
|
Yanmar Co, Ltd |
AT60OS AT90OS |
550/- 900/- |
- - |
- - |
- - |
- - |
- - |
Основной проблемой создания малых ГТД является их размеры. Невозможно при уменьшении размеров ГТД обеспечить КПД и удельную мощность, как у обычных ГТД. Это обстоятельство подтверждается тем, что большинство ГТД малой мощности имеет сравнительно высокие удельные величины расхода топлива. С уменьшением размеров аэродинамические характеристики проточных частей компрессора и турбины ухудшаются, КПД этих элементов снижаются. Аналогично с уменьшением расхода воздуха, протекающего через камеру сгорания, снижается коэффициент полноты сгорания. Из этого следует, что при снижении значения КПД элементов снижается полный КПД всего двигателя.
При модернизации не следует пренебрегать возможностью увеличения КПД элементов даже на 1%. Например, при повышении КПД компрессора с 0,85 до 0,86 и КПД турбины с 0,80 до 0,81 выигрыш в КПД ГТД составит 0,017. Это означает, что при одном и том же расходе топлива удельная мощность двигателя увеличилась бы в той же степени.
Параметры существующих малых ГТД и фирмы разработчики приведены в в таблице 1.
К настоящему времени мощность разработанных мини - ГТУ колеблется от 75 до 900 кВт при относительно малом КПД (от 11 до 35%), следовательно, необходимо проводить мероприятия по увеличению эффективности данных мини - ГТУ при использовании их в составе КЭУ.
Вывод
На сегодняшний день малые газотурбинные двигатели обладают значительным коммерческим потенциалом в сферах малой энергетики и авиации. Однако в России, несмотря на значительный опыт проектирования газотурбинных двигателей и широкую инфраструктуру их производства, вопросам создания малых двигателей уделяется мало внимания. Создание современного малоразмерного двигателя, удовлетворяющего требованиям как энергетики, так и авиации позволит в значительной мере снизить проблемы энергетики и малой авиации, загрузить простаивающие производственные мощности многих авиационных заводов.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы»
Литература:
Кузнецов Н.Д., Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Резник В.Е. Основы конвертирования авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. – Самара: СГАУ, 1995. – 89 с.
Лыкова С.А. Высокоэффективные гибридные энергоустановки на основе топливных элементов // Теплоэнергетика, 2002. № 1. С. 50 – 55.
Наталевич А.С. Воздушные микротурбины. – М.: Машиностроение, 1979. – 192 с.
Ольховский Г.Г. Газовые турбины для энергетики // Теплоэнергетика, 2004. № 1. С. 38 – 43.
Основные термины (генерируются автоматически): двигатель, Россия, выходной ток, значительная мера, малая мощность, свободная силовая турбина, сложная силовая электроника, CHP, расход топлива, уменьшение размеров.
moluch.ru
Поршневой двигатель работающий на сжатом газе. Такой моторчик имеет очень маленькую мощность но зато не требует какой либо системы зажигания так как работает на уже накопленной энергии газа углекислоты. В качестве топливного элемента используется углекислотный баллончик и простым проворотом коленчатого вала мотор запускается и работает до полного опустошения баллона от газа. Принцип действия прост как пять копеек. По центру цилиндра находится клапан который нажимается выступом на поршне, при подходе его к верхней мертвой точке. При нажатии газ с баллона поступает в цилиндр и поршень движется вниз (давление в баллоне 70 атмосфер) В нижней мертвой точке цилиндра находится выпускное окно, при нахождении поршня внизу окно открыто и избыточные газы могут выйти из цилиндра. Далее поршень за счет инерции коленчатого вала движется вверх и снова нажимает на клапан впуска, чтоб получить новую порцию сжатого газа. После чего цикл повторяется. Регулирование мощности осуществляется вращением цилиндра находящегося на резьбе, что позволяет изменять длительность впуска сжатой углекислоты. Двигатель имеет мощность с объемом 0.27 куб/см порядка 0.02 лс.
Самыми маленькими и маломощными поршневыми двигателями внутреннего сгорания можно считать микродвигатели для моделизма. Выпускаются в основном моторчики с рабочим объемом от 1.5 до 10 куб/см и с одним единственным рабочим цилиндром. Но тем не менее, такие двигатели могут иметь мощность от 0.1 лс с 1.5 куб см объемом, до 3 лс с 10 кубовым объемом. В качестве топлива используется метиловый спирт - если двигатель с калильным зажиганием. Либо смесь керосина и эфира - если двигатель компрессионного (аналог "дизеля") зажигания. Практически все микродвигатели являются двухтактниками, поэтому требуют добавки в топливо определенных количеств масла. Рабочие обороты разных моделей варьируются от 10 до 35 тысяч об/мин !!! Благодаря высоким рабочим оборотам и двухтактной схеме получается довольно высокая удельная мощность. Есть высокооборотистые экземпляры у которых мощность с литра объема достигала бы 400 лс и это при простейшей системе подачи топлива.
