تبلیغات
چی چگونه کار می کند؟ - موتور های شبه توربین چگونه کار می کنند؟
منوی كاربری

این وبلاگ را صفحه خانگی خود كن !    به مدیر وبلاگ ایمیل بزنید !    این وبلاگ را به لیست علاقه مندی های خود اضافه كنید !

پیغام مدیر : به شما كاربر گرامی سلام عرض می كنم . امیدوارم در این وبلاگ دقایقی خوبی را سپری كنید . برای آگاهی از امكانات این وبلاگ خواهشمندم كه تا آخر صفحه این وبلاگ را مشاهده نمایید .


نظرسنجی
آیا مایلید مقالات به زبان انگلیسی در وبلاگ قرار گیرد؟



آدرس های دیگر
صفحات وبلاگ

لینك به ما / لوگوی دوستان
لینك به ما


لوگوی دوستان

آمار وبلاگ
امروز :

بازدید های امروز :

بازدید های دیروز :

كل بازدیدها :

كل مطالب :

كل نظرات :

ایجاد صفحه : - ثانیه

سه شنبه 19 خرداد 1388
موتور های شبه توربین چگونه کار می کنند؟
طراحی موتور تحت تاثیر سه عامل است:نگرانی درباره ی مسایل زیست محیطی،افزایش قیمت سوخت و لزوم حفظ منابع سوخت های فسیلی . خودرو های هیدروژنی (که با سلول های سوختی و یا با احتراق داخلی هیدروژن کار می کنند) آن طور که پیش بینی می شد در آینده ی نزدیک در دسترس نخواهند بود.در نتیجه مهندسان زیادی علاقه به بهبود موتور های احتراق داخلی فعلی دارند.

موتور شبه توربین
موتور شبه توربین (( Quasiturbine Engines که در 1996 به ثبت رسید نتیجه ی چنین بهبودی است.در این مقاله موتور شبه توربین را معرفی می کنیم و به سوالات زیر پاسخ خواهیم داد:
● ایده ی این موتور از کجا آمده است؟
● اجزای موتور شبه توربین چیست؟
● چگونه کار می کند؟
●بازدهی آن نسبت به سایر موتور های احتراق داخلی چگونه است؟
مقاله را با یاد آوری اصول کار موتور شروع می کنیم:
اصول کار موتور:
اساس کار موتور ساده است:اگر مقداری هوا و سوخت پر انرژی (مانند بنزین) را در یک فضای کوچک و بسته قرار دهید و مشتعل کنید،گاز به سرعت منبسط شده و مقدار زیادی انرژی آزاد می کند.
هدف نهایی یک موتور تبدیل انرژی انبساط این گاز به انرژی دورانی است و در مورد موتور خودرو هدف چرخاندن محور چرخ هاست.
برای مهار این انرژی موتور باید چرخه ی احتراقی را طی کند که در آن:
●مخلوط سوخت و هوا اجازه ی ورود به محفظه ی احتراق را داشته باشد.
هوا و سوخت فشرده شود.
●سوخت مشتعل شود.
●دود به عنوان محصول احتراق خارج شود.
موتور چگونه کار می کند با جزییات بیشتر این چرخه را در موتور های پیستونی معمولی توضیح می دهد که در آن چرخه ی احتراق پیستونی را بالا و پایین می برد و این حرکت رفت و برگشتی توسط میل لنگ به حرکت دورانی تبدیل می شود.
اگرچه موتور پیستونی در خودرو ها متداول تر است اما موتور شبه توربین بیشتر مانند موتور دورانی عمل می کند.در موتور دورانی به جای استفاده از پیستون از یک روتور مثلثی استفاده می شود. فشار احتراق در فضای بین یک ضلع روتور مثلثی و استاتور(بدنه ی موتور) ایجاد می شود.حرکت روتور به نحوی است که هر سه گوش آن با بدنه در تماس باقی می ماند و به این ترتیب سه حجم جدای گاز ایجاد می شود.وقتی روتور حرکت می کند این سه حجم پیوسته منبسط و منقبض می شوند.همین انبساط و انقباض است که هوا و سوخت را به داخل می کشد،آن را فشرده می کند و انرژی مفید آن را می گیرد و دود را به خارج می راند.(برای اطلاعات بیشتر موتورهای دورانی چگونه کار می کند را ببینید.)
اصول موتور شبه توربین:
Saint-Hilaire موتور شبه توربین را در 1996 به ثبت رساند.ایده ی موتور شبه توربین از تحقیقات گسترده برای ارزیابی تمام موتورها و پیدا کردن نقاط ضعف و قوت آن ها و روش های بهتر کردنشان بدست آمد.در این تحقیقات گروه Saint-Hilaire دریافت که یک موتور بی همتا موتوری است که از بهتر کردن موتور ونکل(دورانی) بدست می آید.
مانند موتورهای دورانی،موتور شبه توربین نیز با یک روتور و استاتور(بدنه) کار می کند.اما روتور آن به جای سه لبه،از چهار جز که مانند زنجیر به هم متصل اند تشکیل شده است.روتور چهار گوش چیزی است که موتور شبه توربین را از موتور دورانی جدا می کند.دو نوع موتور شبه توربین وجود دارد که یکی روتور کالسکه ای دارد و دیگری بدون کالسکه ای است.همان طور که خواهیم دید در اینجا منظور از کالسکه قطعه ی ساده ای از این موتور است.
در ابتدا نگاهی به اجزای موتور شبه توربین ساده تر یعنی نوع بدون کالسکه ای می اندازیم.

موتور شبه توربین ساده

موتور شبه توربین ساده:
موتور شبه توربین ساده خیلی شبیه موتور دورانی است:یک روتور درون بدنه ی تقریبا بیضی شکل می چرخد.اما فراموش نکنید که موتور شبه توربین روتور چهار جزیی دارد.گوشه های روتور با بدنه به خوبی آب بندی شده اند و نیز گوشه های روتور نسبت به بخش داخلی آب بندی اند.در نتیجه چهار محفظه ی مجزا تشکیل می شود.
در موتور پیستونی،یک دور تکرار چرخه ی چهار زمانه دو دور میل لنگ را می چرخاند.در نتیجه قدرت خروجی موتور چهارزمانه یک انرژی یک احتراق به ازای دو دور گردش میل لنگ ( ویا نصف انرژی یک احتراق به ازای یک رفت و برگشت پیستون) است.
اما یک موتور شبه توربین پیستون ندارد و چهار زمان یک چرخه پشت سر هم در بدنه ی بیضی شکل ردیف شده اند.همچنین نیازی به میل لنگ برای ایجاد حرکت دورانی نیست.
تصویر متحرک زیر هر زمان یک چرخه ی چهار زمانه را نشان می دهد.توجه کنید که در این مثال،شمع در یکی از مجراهای بدنه قرار گرفته است.
در این مثال ساده به راحتی می توان چهار زمان یک موتور احتراق داخلی را مشاهده کرد:
●مکش:سوخت و هوا به داخل کشیده می شود.
●تراکم:مخلوط سوخت و هوا فشرده می شود.
●احتراق:جرقه ی شمع سوخت را مشتعل می کند.
●تخلیه:گاز های مصرف شده از استاتورخارج می شوند.
موتور شبه توربین کالسکه ای نیز با همین ایده کار می کند با این تفاوت که قسمت کالسکه ای شکلی به روتور اضافه شده و اجازه ی رخ دادن انفجار نوری (photo detonation) را می دهد.انفجار نوری حالت احتراق بهتری است که نیاز به فشار زیاد و مقاومت فیزیکی بیشتری دارد که موتورهای پیستونی و دورانی توانایی تولید آن را ندارند.در ادامه درباره ی انفجار نوری می آموزیم.
انفجار نوری (photo-detonation):
موتور های احتراق داخلی بر اساس نحوه ی مخلوط شدن سوخت و هوا و نیز چگونگی مشتعل شدن آن به چهار دسته تقسیم می شوند.در نوع اول سوخت و هوا پیش از ورود به سیلندر به صورت یک مخلوط همگن درمی آید و با جرقه ی شمع مشتعل می شوند که این همان موتور بنزینی معمولی است.
Click this bar to view the full image.
نوع دوم موتور تزریق مستقیم بنزینی است.در این نوع با تزریق مستقیم بنزین به داخل سیلندر،مخلوط نا همگنی خواهیم داشت.(در موتور های بنزینی انژکتوری،انژکتورها سوخت را در منیفولد ورودی می پاشند اما در این نوع بنزین مستقیما به سیلندر تزریق می شود.)وقتی شمع جرقه می زند،بیشتر سوخت می سوزد اما کمی از آن نسوخته باقی می ماند.
در نوع سوم سوخت و هوا در محفظه ی احتراق تا حدودی با هم مخلوط می شوند.سپس این مخلوط ناهمگن فشرده می شود و دمای آن بالا می رود تا اینکه خود به خود مشتعل شود.که موتورهای دیزل این گونه اند.
در نوع چهارم بهترین خصوصیات موتورهای بنزینی و دیزلی ترکیب شده اند.سوخت وهوا پیش از ورود به سیلندر کاملا مخلوط می شوند.سپس این مخلوط همگن به شدت فشرده می شود تا خود به خود بسوزد.این همان چیزی است که به آن انفجار نوری می گوییم.چون در این نوع موتور مخلوط همگن در اثر فشار مشتعل می شود به آن موتور HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) نیز می گویند.
احتراق HCCI هیچ هیدروکربن نسوخته ای باقی نمی گذارد و در نتیجه بهره وری بالایی دارد.(به دلیل فشار و دمای بالا و نیز همگن بودن مخلوط ،تمام آن می سوزد.)
البته برای انفجار نوری فشار بالایی مورد نیاز است که این موضوع تنش قابل توجهی به موتور وارد می کند و موتور پیستونی نمی تواند ضربه ی شدید این نوع احتراق ( که نوعی خود سوزی است) را تحمل کند.همچنین موتورهای دورانی قبلی به دلیل داشتن اتاق احتراق کشیده و بزرگ نمی توانند فشار مورد نیاز برای انفجار نوری را ایجاد کنند.
فقط موتور شبه توربین کالسکه دار می تواند نیروی انفجار را تحمل کند و ضریب تراکم مورد نیاز برای خودسوزی را فراهم کند.
در بخش بعد به اجزای اصلی موتور شبه توربین کالسکه دار نگاهی می اندازیم.
شبه توربین کالسکه ای (Quasiturbine with Carriages)
موتور شبه توربین کالسکه ای با وجود پیچیدگی بخش های اضافه اش،طرح ساده ای دارد.اجزای آن در ادامه توضیح داده شده است:
استاتور (همان بدنه ی موتور) با شکل تقریبا تخم مرغی خود فضایی که روتور در آن می چرخد را تشکیل می دهد.بدنه چهار روزنه دارد:
●یک روزنه برای شمع(البته شمع می تواند روی درپوش بدنه نیز قرار گیرد.دو تصویر پایین تر را ببینید.)
●یک روزنه که توسط درپوشی بسته شده است.
●یک روزنه برای ورود هوا
●یک روزنه برای خروج گازهای احتراق
بدنه از دو طرف توسط دو درپوش بسته می شود.درپوش ها نیز سه روزنه دارند که بیشترین انعطاف پذیری را به موتور در نحوه ی استفاده می دهند.مثلا یک روزنه می تواند به عنوان ورودی از کاربراتور یا برای انژکتور دیزل یا بنزین استفاده شود.روزنه ی دیگر می تواند مکان جایگزین برای شمع باشد.و از روزنه ی سوم که بزرگتر است می توان به عنوان خروجی دود استفاده کرد.
چگونگی استفاده از روزنه ها بسته به این است که مهندس خودرو می خواهد از موتور به عنوان یک موتور احتراق داخلی معمولی استفاده کند و یا به عنوان موتوری با ضریب تراکم بسیار بالا و احتراقی از نوع انفجار نوری(photo-detonation).
روتور از چهار تیغه (به جای پیستون در موتور معمولی) تشکیل شده است.هر تیغه یک بخش پر کننده و یک شکاف برای قرارگیری بازوی گشتاور دارد.هر تیغه با اتصال مفصلی به تیغه ی بعدی و کالسکه ای متصل شده است.در کل چهار کالسکه ای(برای هر تیغه یک عدد) وجود دارد.هر کالسکه ای حول مفصل خود آزاد می چرخد و بنابراین همیشه با سطح داخلی بدنه در تماس باقی می ماند.
هر کالسکه ای دو چرخ دارد.یعنی در کل هشت چرخ داریم.چرخ ها به روتور اجازه می دهند به نرمی بر روی دیواره ی استاتور دوران کند.همچنین پهنای جرخ ها باعث کاهش فشار در نقطه ی تماس روتور با بدنه می شود.
موتور شبه توربین برای کار کردن نیازی به محور مرکزی ندارد اما برای یک خودرو نیاز به محور خروجی داریم تا قدرت را از موتور به چرخ ها منتقل کنیم.محور خروجی به کمک بازوهای گشتاور به روتور متصل شده اند.بازوهای گشتاور در شکاف تیغه ها قرار دارند و به چهار عدد نگه دارنده ی بازو ها متصل اند.
Click this bar to view the full image.
وقتی همه ی قطعات را کنار هم قرار دهیم موتور به شکل زیر در می آید:
توجه کنید که موتور شبه توربین هیچ یک از بخش های پیچیده ی یک موتور پیستونی را ندارد.میل لنگ،سوپاپ،پیستون،میل بادامک و... ندارد. و چون تیغه های روتور بر روی کالسکه ای و چرخ ها سوار شده اند اصطکاک کمی وجود دارد و این بدان معناست که روغن و کارتل غیر ضروری است.
تا اینجا به بخش های اصلی موتور شبه توربین کالسکه ای نگاهی انداختیم.بیایید ببینیم این بخش ها چگونه با هم حرکت می کنند.پویا نمایی زیر چرخه ی احتراق را نشان می دهد.
نخستین چیزی که باید به آن توجه داشته باشید این است که تیغه های روتور وقتی می چرخند چگونه حجم محفظه ها را تغییر می دهند.در ابتدا حجم افزایش می یابد و در نتیجه مخلوط سوخت و هوا وارد می شود.سپس حجم کاهش می یابد و در نتیجه مخلوط فشرده می شود.
دومین چیزی که باید در نظر داشته باشید این است که چگونه احتراق در یک محفظه هنگامی که محفظه ی دیگر آماده ی احتراق است به پایان می رسد.با ایجاد کانال کوجکی در دیواره ی داخلی بدنه(نزدیک شمع) هنگامی که کالسکه ای از روی آن رد می شود مقدار کمی از گاز داغ به محفظه ی احتراق بعدی که آماده ی مشتعل شدن است راه می یابد و در نتیجه احتراق پیوسته، مشابه توربین گازی هواپیما، رخ می دهد.
در ادامه به مسایلی که کارایی و بازدهی موتور شبه توربین را افزایش می دهند اشاره می کنیم.چهار محفظه ی احتراق دو حالت پی در پی را ایجاد می کنند.حالت اول انقباض و انبساط در مرحله ی تراکم و احتراق است.حالت دوم تغییر حجم هنگام ورود هوا و خروج دود است.در یک گردش روتور،چهار احتراق رخ می دهد که هشت برابر تعداد احتراق ها به ازای یک دور گردش میل لنگ در موتور چهار سیلندر معمولی است.حتی در یک موتور ونکل(دورانی) در هر دور گردش روتور سه احتراق رخ می دهد پس از این نظر موتور شبه توربین بهتر است.
مزایا و معایب:
بدیهی است که قدرت خروجی بیشتر موتور شبه توربین آن را برتر از موتور پیستونی و دورانی کرده است.اما موتور شبه توربین بسیاری از مشکلات موتور دورانی را نیز حل کرده است.مثلا موتور دورانی با احتراق ناقص کمی هیدروکربن نسوخته تولید می کند.موتور شبه توربین با اتاق احتراقی که 30 درصد کوتاهتر است این مشکل را حل کرده است.چون ضریب تراکم بالاتری دارد و سوخت کاملتر می سوزد.و به همین دلیل موتور شبه توربین بازده سوخت بالاتری دارد.
دیگر مزایای مهم موتور شبه توربین عبارتند از:
●لرزش ناچیز چون موتور کاملا بالانس است.
●شتاب بیشتر بدون وجود چرخ طیار
●گشتاور بیشتر در دور موتور پایین تر
●تقریبا بدون نیاز به روغن کاری
●سر و صدای کمتر
●انعطاف پذیری کامل در جهت گیری موتور.حتی واژگون
●قطعات متحرک کمتر و در نتیجه استهلاک کمتر
در نهایت موتور شبه توربین می تواند با انواع مختلف سوخت ها کار کند. متانول،بنزین،نفت سفید،گاز طبیعی،گازوییل.حتی می تواند برای استفاده از هیدروژن نیز تنظیم شود.در نتیجه موتور شبه توربین تطبیق پذیری بالایی با سوخت های جدید و جایگزین دارد.
کاربرد:
با توجه به اینکه موتور درون سوز توسط کارل بنز در 1885 اختراع شد و حدود 120 سال اصلاحات طراحی را تجربه کرده است می توان گفت موتور شبه توربین در دوره ی کودکی خود به سر می برد.این موتور هنوز در جهان واقعیت به کار گرفته نشده تا بتوان گفت جایگزین مناسبی برای موتور پیستونی است.هنوز در حد نمونه ی آزمایشی ساخته می شود.خوش بینانه ترین پیش بینی این است که تا 2004 در خودرو های کارتینگ به کار گرفته شود.موتور شبه توربین تا دهه های آینده توانایی رقابت با موتور پیستونی را ندارد.
نوشته شده توسط علیرضا ساعت 09:30 ب.ظ موضوع مطلب :‌ فنی و مهندسی ,

ویرایش شده در - و ساعت -

لینك ثابت | نظرات ()


This Template Designed By Theme.MihanBlog.Com And Davood Jafari
div dir="rtl" style="text-align:center;width:135px">نیازمندیها و آگهی رایگان درجه1