up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله موتور هاي شبه توربين PDF
QR code - موتور هاي شبه توربين

موتور هاي شبه توربين

موتور هاي شبه توربين چگونه کار مي کنند؟

طراحي موتور تحت تاثير سه عامل است:نگراني درباره ي مسايل زيست محيطي،افزايش قيمت سوخت و لزوم حفظ منابع سوخت هاي فسيلي . خودرو هاي هيدروژني (که با سلول هاي سوختي و يا با احتراق داخلي هيدروژن کار مي کنند) آن طور که پيش بيني مي شد در آينده ي نزديک در دسترس نخواهند بود.در نتيجه مهندسان زيادي علاقه به بهبود موتور هاي احتراق داخلي فعلي دارند.
موتور شبه توربين
موتور شبه توربين (( Quasiturbine Engines که در ۱۹۹۶ به ثبت رسيد نتيجه ي چنين بهبودي است.در اين مقاله موتور شبه توربين را معرفي مي کنيم و به سوالات زير پاسخ خواهيم داد:
▪ ايده ي اين موتور از کجا آمده است؟
▪ اجزاي موتور شبه توربين چيست؟
▪ چگونه کار مي کند؟
▪ بازدهي آن نسبت به ساير موتور هاي احتراق داخلي چگونه است؟
مقاله را با ياد آوري اصول کار موتور شروع مي کنيم:
● اصول کار موتور:
اساس کار موتور ساده است:اگر مقداري هوا و سوخت پر انرژي (مانند بنزين) را در يک فضاي کوچک و بسته قرار دهيد و مشتعل کنيد،گاز به سرعت منبسط شده و مقدار زيادي انرژي آزاد مي کند.
هدف نهايي يک موتور تبديل انرژي انبساط اين گاز به انرژي دوراني است و در مورد موتور خودرو هدف چرخاندن محور چرخ هاست.
براي مهار اين انرژي موتور بايد چرخه ي احتراقي را طي کند که در آن:
▪ مخلوط سوخت و هوا اجازه ي ورود به محفظه ي احتراق را داشته باشد.
▪ هوا و سوخت فشرده شود.
▪ سوخت مشتعل شود.
▪ دود به عنوان محصول احتراق خارج شود.
موتور چگونه کار مي کند با جزييات بيشتر اين چرخه را در موتور هاي پيستوني معمولي توضيح مي دهد که در آن چرخه ي احتراق پيستوني را بالا و پايين مي برد و اين حرکت رفت و برگشتي توسط ميل لنگ به حرکت دوراني تبديل مي شود.
اگرچه موتور پيستوني در خودرو ها متداول تر است اما موتور شبه توربين بيشتر مانند موتور دوراني عمل مي کند.در موتور دوراني به جاي استفاده از پيستون از يک روتور مثلثي استفاده مي شود. فشار احتراق در فضاي بين يک ضلع روتور مثلثي و استاتور(بدنه ي موتور) ايجاد مي شود.
حرکت روتور به نحوي است که هر سه گوش آن با بدنه در تماس باقي مي ماند و به اين ترتيب سه حجم جداي گاز ايجاد مي شود.وقتي روتور حرکت مي کند اين سه حجم پيوسته منبسط و منقبض مي شوند.همين انبساط و انقباض است که هوا و سوخت را به داخل مي کشد،آن را فشرده مي کند و انرژي مفيد آن را مي گيرد و دود را به خارج مي راند.(براي اطلاعات بيشتر موتورهاي دوراني چگونه کار مي کند را ببينيد.)
● اصول موتور شبه توربين:
Saint-Hilaire موتور شبه توربين را در ۱۹۹۶ به ثبت رساند.ايده ي موتور شبه توربين از تحقيقات گسترده براي ارزيابي تمام موتورها و پيدا کردن نقاط ضعف و قوت آن ها و روش هاي بهتر کردنشان بدست آمد.در اين تحقيقات گروه Saint-Hilaire دريافت که يک موتور بي همتا موتوري است که از بهتر کردن موتور ونکل(دوراني) بدست مي آيد.
مانند موتورهاي دوراني،موتور شبه توربين نيز با يک روتور و استاتور(بدنه) کار مي کند.اما روتور آن به جاي سه لبه،از چهار جز که مانند زنجير به هم متصل اند تشکيل شده است.روتور چهار گوش چيزي است که موتور شبه توربين را از موتور دوراني جدا مي کند.دو نوع موتور شبه توربين وجود دارد که يکي روتور کالسکه اي دارد و ديگري بدون کالسکه اي است.همان طور که خواهيم ديد در اينجا منظور از کالسکه قطعه ي ساده اي از اين موتور است.
در ابتدا نگاهي به اجزاي موتور شبه توربين ساده تر يعني نوع بدون کالسکه اي مي اندازيم.
موتور شبه توربين ساده
موتور شبه توربين ساده خيلي شبيه موتور دوراني است:يک روتور درون بدنه ي تقريبا بيضي شکل مي چرخد.اما فراموش نکنيد که موتور شبه توربين روتور چهار جزيي دارد.گوشه هاي روتور با بدنه به خوبي آب بندي شده اند و نيز گوشه هاي روتور نسبت به بخش داخلي آب بندي اند.در نتيجه چهار محفظه ي مجزا تشکيل مي شود.
در موتور پيستوني،يک دور تکرار چرخه ي چهار زمانه دو دور ميل لنگ را مي چرخاند.در نتيجه قدرت خروجي موتور چهارزمانه يک انرژي يک احتراق به ازاي دو دور گردش ميل لنگ ( ويا نصف انرژي يک احتراق به ازاي يک رفت و برگشت پيستون) است.
اما يک موتور شبه توربين پيستون ندارد و چهار زمان يک چرخه پشت سر هم در بدنه ي بيضي شکل رديف شده اند.همچنين نيازي به ميل لنگ براي ايجاد حرکت دوراني نيست.
تصوير متحرک زير هر زمان يک چرخه ي چهار زمانه را نشان مي دهد.توجه کنيد که در اين مثال،شمع در يکي از مجراهاي بدنه قرار گرفته است.
در اين مثال ساده به راحتي مي توان چهار زمان يک موتور احتراق داخلي را مشاهده کرد:
▪ مکش:سوخت و هوا به داخل کشيده مي شود.
▪ تراکم:مخلوط سوخت و هوا فشرده مي شود.
▪ احتراق:جرقه ي شمع سوخت را مشتعل مي کند.
▪ تخليه:گاز هاي مصرف شده از استاتورخارج مي شوند.
موتور شبه توربين کالسکه اي نيز با همين ايده کار مي کند با اين تفاوت که قسمت کالسکه اي شکلي به روتور اضافه شده و اجازه ي رخ دادن انفجار نوري (photo detonation) را مي دهد.انفجار نوري حالت احتراق بهتري است که نياز به فشار زياد و مقاومت فيزيکي بيشتري دارد که موتورهاي پيستوني و دوراني توانايي توليد آن را ندارند.در ادامه درباره ي انفجار نوري مي آموزيم.
● انفجار نوري (photo-detonation):
موتور هاي احتراق داخلي بر اساس نحوه ي مخلوط شدن سوخت و هوا و نيز چگونگي مشتعل شدن آن به چهار دسته تقسيم مي شوند.در نوع اول سوخت و هوا پيش از ورود به سيلندر به صورت يک مخلوط همگن درمي آيد و با جرقه ي شمع مشتعل مي شوند که اين همان موتور بنزيني معمولي است.
نوع دوم موتور تزريق مستقيم بنزيني است.در اين نوع با تزريق مستقيم بنزين به داخل سيلندر،مخلوط نا همگني خواهيم داشت.(در موتور هاي بنزيني انژکتوري،انژکتورها سوخت را در منيفولد ورودي مي پاشند اما در اين نوع بنزين مستقيما به سيلندر تزريق مي شود.)وقتي شمع جرقه مي زند،بيشتر سوخت مي سوزد اما کمي از آن نسوخته باقي مي ماند.
در نوع سوم سوخت و هوا در محفظه ي احتراق تا حدودي با هم مخلوط مي شوند.سپس اين مخلوط ناهمگن فشرده مي شود و دماي آن بالا مي رود تا اينکه خود به خود مشتعل شود.که موتورهاي ديزل اين گونه اند.
در نوع چهارم بهترين خصوصيات موتورهاي بنزيني و ديزلي ترکيب شده اند.سوخت وهوا پيش از ورود به سيلندر کاملا مخلوط مي شوند.سپس اين مخلوط همگن به شدت فشرده مي شود تا خود به خود بسوزد.اين همان چيزي است که به آن انفجار نوري مي گوييم.چون در اين نوع موتور مخلوط همگن در اثر فشار مشتعل مي شود به آن موتور HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) نيز مي گويند.
احتراق HCCI هيچ هيدروکربن نسوخته اي باقي نمي گذارد و در نتيجه بهره وري بالايي دارد.(به دليل فشار و دماي بالا و نيز همگن بودن مخلوط ،تمام آن مي سوزد.)
البته براي انفجار نوري فشار بالايي مورد نياز است که اين موضوع تنش قابل توجهي به موتور وارد مي کند و موتور پيستوني نمي تواند ضربه ي شديد اين نوع احتراق ( که نوعي خود سوزي است) را تحمل کند.همچنين موتورهاي دوراني قبلي به دليل داشتن اتاق احتراق کشيده و بزرگ نمي توانند فشار مورد نياز براي انفجار نوري را ايجاد کنند.
فقط موتور شبه توربين کالسکه دار مي تواند نيروي انفجار را تحمل کند و ضريب تراکم مورد نياز براي خودسوزي را فراهم کند.

معمول ترين راهها جهت افزايش نيروي توليدي موتور افزايش راندمان حجمي موتور ميباشد.به کمک افزايش راندمان حجمي بسته به تکنيک مورد استفاده ميتوان از ۵% تا ...

مقدمه : از زمان تولد توربينهاي گازي امروزي در مقايسه با ساير تجهيزات توليد قدرت , زمان زيادي نمي گذرد . با اين وجود امروزه اين تجهيزات به عنوان سامانه ...

يك موتور خطي در واقع يك موتور الكتريكي است كه استاتورش غير استوانه شده است تا به جاي اينكه يك گشتاور چرخشي توليد كند، يك نيروي خطي در راستاي طول استات ...

انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديد پذير، بطور گسترده ولي پراكنده در دسترس مي باشد. تابش نامساوي خورشيد در عرض هاي مختلف جغرافيايي به سطح ناهموار زم ...

موتور هاي چند فاز موتورهاي چند فازه موتورهاي متناوبي هستند که به صورت دو يا سه فاز کار مي کنند . هر دو از لحاظ ساختماني مشابه بوده و فقط اتصال داخلي ک ...

يکي از بهترين تعريف هايي که از مهندسي برق شده است, اين است که محور اصلي فعاليت هاي مهندسي برق, تبديل يک سيگنال به سيگنال ديگر است که البته اين سيگنال ...

● خط کروگيت کارتن اين خط توليد که عمل کروگيت کردن کاغذ و به هم چسباندن کاغذها را انجام مي دهد، رول کاغذ را به کارتن خام و ورق کارتن تبديل مي کند. کارت ...

خودروهاي الکتريکي از مرحله ايده خارج و به فناوري کاربردي تبديل مي شوند. در حالي که خودروهاي الکتريکي گام به گام عرصه زمين را دراختيار مي گيرند، اوضاع ...

دانلود نسخه PDF - موتور هاي شبه توربين