پیشرانه های شبه توربین QUASITURBINE روش نوین در طراحی موتور

واضح آرشیو وب فارسی:سایت رسیک: پیشرانه های شبه توربین QUASITURBINE روش نوین در طراحی موتور

در چند سال اخیر تحولات بسیار شگرفی در زمینه طراحی سیستمهای پیشرفته موتور به وجود آمده و با توجه به ارائه سیستمهای جایگزین سوخت فسیلی ( مانند خودروهای هیدروژنی و پیلهای سوختی و غیره ) آن طور که پیش بینی می شد این سیستمها دارای مشکلات خاص خود بوده و در آینده نزدیک نمی توان از آنها به طور انبوه استفاده نمود بنابراین مهندسان زیادی تصمیم به بهبود موتورهای احتراق داخلی رایج گرفتند که از این میان می توان به موتورهای HCCI ، موتورهای با نسبت تراکم متناوب ، سیستم زمان بندی متغیر سوپاپها و چند مورد دیگر اشاره نمود که تمام این موارد سعی در بهبود سیستمهای فعلی دارند . در این بین یکی از ایده های جدید ، موتور شبیه توربین Quasiturbine Engines است که در این مقاله سعی در بررسی مختصر آن داریم.
تاریخچه موتور شبه توربین
موتورهای شبه توربین توسط چهار پژهشگر طراحی و ساخته شدند که رهبری این گروه را آقای دکتر " Saint Hilaire " برعهده داشت و هدف اصلی ، تولید یک موتور توربینی بود که بخش کمپرسور و بخش قدرت آن در یک سطح باشند . به این ترتیب در طرحی که در نظر گرفته شد تیغه هایی که در توربینهای معمولی بر روی شفت اصلی قرار دارند را جدا نموده و به صورت زنجیره به هم وصل کردند تا در این حالت روتور اول تراکم را در یک چهارم گردش انجام دهد . این موتور که در سال 1996 به ثبت رسید ، بیشتر مانند موتور دورانی وانکل عمل می کند .
مزایا
1. شتاب بیشتر بدون وجود چرخ طیار
2. گشتاور بیشتر در دور موتور پایین تر
3. تقریبا بدون نیاز به روغن کاری
4. سر و صدای کمتر
5. انعطاف پذیری کامل در جهت گیری موتور . حتی در واژگون کردن موتور
6. قطعات متحرک کمتر و در نتیجه استهلاک پایین تر
7. قدرت بالا نسبت به وزن سیستم
8. ارتعاش کمتر نسبت به سیستمهای دیگر ( چون موتور کاملا بالانس است )
9. روتور می تواند نسبت به مرکز ثقل طراحی شود که باعث کم کردن ارتعاش موجود می شود .
10. حذف سیستم حرکت سوپاپ موتورهای معمولی چوت سوپاپ به صورت دریچه در بدنه سیلندر طراحی شده است .
11. پایه های چرخدار در سیستم روتور را همیشه در حالت چسبیده به استاتور نگاه می دارد ( در موتور وانکل روتور تغییر زاویه ای بین 60 درجه را دارد )
12. موتور دورانی با احتراق ناقص کمی هیدروکربن نسوخته تولید می کند . موتور شبه توربین با اتاق احتراقی که 30 درصد کوتاه تر است این مشکل را حل کرده است .
13. چون سیستم دارای ضریب تراکم بالاتری است و سوخت کاملتری می سوزد ، به همین دلیل موتور شبه توربین بازده سوخت بالاتری دارد .
14. چون موتور شبه توربین می تواند با انواع مختلف سوختها مثل متانول ، بنزین ، نفت سفید ، گاز طبیعی ، گازوییل و حتی هیدروژن نیز کار کند در نتیجه موتور شبه توربین تطبیق پذیری بالایی با سوختهای جدید و جایگزین دارد .
موتورهای شبه توربین دارای سه طرح اصلی است .
1. طرح دو دریچه با پایه های چرخدار ( مناسب برای استفاده در موتورهای احتراق داخلی )
2. طرح چهار دریچه بدون پایه های چرخدار ( مناسب برای استفاده در موتورهای بادی هیدرولیکی ، موتورهای بخار و پمپ )
3. طرح دو دریچه بدون پایه های چرخدار ( این طرح با ترکیب خصوصیات نمونه های اولیه طرح اول و دوم در مراحل نظری بوده و دانشمندان امیدوارند که این طرح مزایای دو طرح بالا را یکجا داشته باشد .)
در ابتدا نگاهی به اجزای موتور شبه توربین ساده تر یعنی نوع بدون باربر می اندازیم .
موتور شبه توربین ساده
موتور شبه توربین ساده خیلی شبیه موتور دورانی است : یک روتور درون بدنه تقریبا بیضی شکل می چرخد . اما فراموش نکنید که موتور شبه توربین ، روتور چهار جزیی دارد که گوشه های روتور با بدنه و نیز گوشه های روتور نسبت به بخش داخلی آب بندی اند تا در نتیجه چهار محفظه مجزا تشکیل شود . در موتور پبیستونی چها زمانه یک احتراق به ازای دو دور گردش میل لنگ است اما در این موتورها در یک گردش روتور ، چهار احتراق رخ می دهد که هشت برابر تعداد احتراقها به ازای یک دور گردش میل لنگ در موتور چهار سیلندر معمولی است ، حتی در یک موتور وانکل ( دورانی ) در هر دور گردش روتور سه احتراق رخ می دهد . نوع موتور شبه توربین با باربر نیز تقریبا شبیه نوع ساده است با این تفاوت که یک بخش حمل کننده به روتور اضافه شده و اجازه می دهد که موتور با نسبت تراکم بالاتری کار کند .
موتور شبه توربین با باربر ( Quasiturbine With Carriages )
موتور شبه توربین با باربر با وجود پیچیدگی بخشهای اضافه اش ، طرح ساده ای دارد اجزای آن در ادامه توضیح داده شده است :
استاتور ( بدنه موتور ) : فضایی که روتور در آن می چرخد که شامل چهار روزنه است :
1. روزنه شمع ( البته شمع می تواند روی درپوش بدنه نیز قرار گیرد )
2. یک روزنه که توسط درپوشی بسته شده است .
3. روزنه ورود هوا
4. روزنه خروج گازهای احتراقی
درپوش : بدنه از دو طرف توسط دو درپوش بسته می شود . درپوشها نیز سه روزنه دارند که بیشترین انعطاف پذیری را به موتور در نحوه استفاده می دهند . مثلا یک روزنه می تواند به عنوان ورودی از کاربراتور یا برای انژکتور دیزل یا بنزین استفاده شود .
روزنه دیگر می تواند مکان جایگزین برای شمع باشد و از روزنه سوم که بزرگتر است می توان به عنوان خروجی دود استفاده کرد البته چگونگی استفاده از روزنه ها بستگی به طراح موتور دارد . روتور از چهار تیغه تشکیل شده است و هر تیغه یک بخش پرکننده و یک شکاف برای قرارگیری بازوی گشتاور دارد . هرتیغه با اتصال مفصلی به تیغه بعدی و بخش باربر متصل شده است و درکل چهار باربر ( برای هر تیغه یک عدد ) وجود دارد که هر یک حول مفصل خود آزادانه کی چرخد و بنابراین همیشه با سطح داخلی بدنه در تماس باقی می ماند . هر باربر دوچرخ دارد یعنی در کل هشت چرخ که به روتور اجازه می دهند به نرمی بر روی دیواره استاتور دوران کند . همچنین پهنای چرخها باعث کاهش فشار در نقطه 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 چرخها منتقل کنیم . محور خروجی به کمک بازوهای گشتاور به روتور متصل شده و بازوهای گشتاور در شکاف تیغه ها قرار دارند و به چهار عدد نگهدارنده بازوها متصل اند . وقتی همه قطعات را کنار هم قرار دهیم موتور به شکل زیر در می آید : زمانی که تیغه های روتور می چرخند 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 . در اینجا نکته ای که باید توجه داشت این است که چگونه احتراق در یک محفظه ، هنگامی که محفظه دیگر آماده احتراق است به پایان می رسد . با ایجاد کانال کوچکی در دیواره داخلی بدنه ( نزدیک شمع ) هنگامی که باربر از روی آن رد می شود مقدار کمی از گاز داغ به محفظه احتراق بعدی که آماده مشتعل شدن است راه می یابد و در نتیجه احتراق پیوسته ، مشابه توربین گازی هواپیما ، رخ می دهد .
نتیجه
با توجه به اینکه موتور شبه توربین هنوز در جهان واقعی بکار گرفته نشده و در حد نمونه آزمایشگاهی است نمی توان در مورد قابلیت رقابت آن با موتور های پیستونی اظهار نظر نمود ولی اتتظار داریم در آینده موتورهای شبه توربین را در ادواتی غیر از خودرو داشته باشیم .چون قسمت وسط موتور خالی است و نیازی به وجود محور مرکزی ندارد ، می تواند محل قرارگیری ژنراتور باشد . ممکن است در آینده این نوع موتور را در کشتی ها ، نیروگاه ها،کمپرسورهای هوا ، خودروهای برف رو ، اره های موتوردار و ... ببینیم .

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت رسیک]

[مشاهده در: www.ri3k.eu]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 466]