Máy nén khí tăng gấp đôi như một động cơ khí nén?

Tôi đang làm việc trên một hệ thống lưu trữ năng lượng khí nén. Kích thước và trọng lượng của hệ thống bị hạn chế rất nhiều; không có gì nên (lý tưởng) vượt quá vài cân. Vì lý do này, tôi muốn lưu trữ năng lượng (nén khí) và trích xuất năng lượng (làm cho khí hoạt động) với cùng một cơ chế theo kiểu quay .

Về cơ bản những gì tôi cần là một máy nén khí quay mà khi không khí bị đẩy qua hướng ngược lại, sẽ tăng gấp đôi như một động cơ khí nén. Tôi đang làm việc với áp lực khá cao (tôi ước tính vài trăm psi) nhưng khối lượng thấp. Trong quá trình tìm kiếm, tôi đã tìm thấy rất nhiều máy nén khí quay nhỏ gọn và động cơ khí nén quay, nhưng hầu như không có nhận xét nào về hệ thống nào sẽ hoạt động như cả hai.

Đối với tôi, có vẻ rất trực quan rằng máy nén khí có thể có những tính chất này, nhưng tôi không muốn đưa ra bất kỳ kết luận nào. Tôi đã xem xét một số máy nén và ứng dụng phù hợp nhất với tình huống của tôi là:

Máy nén ly tâm
Máy nén lưu lượng dọc trục
Máy nén khí trục vít quay
Máy nén khí cánh quạt quay

Máy nén ly tâm là lý tưởng, nhưng dường như trong mắt tôi ít có khả năng đảo ngược nhất, ít nhất là với bất kỳ hiệu quả nào. Tôi cũng đã xem xét các động cơ khí nén, trong đó có ít hơn có sẵn. Áp dụng nhất dường như là:

Động cơ cánh quạt quay

Các hệ thống khác, chẳng hạn như động cơ pietro, rõ ràng là không thể áp dụng trong ứng dụng nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ của tôi. Mối tương quan giữa máy nén cánh quạt quay và động cơ cánh quạt quay có triển vọng, nhưng tôi muốn biết về bất kỳ tùy chọn nào tôi có.

Những hệ thống nén khí quay nào có thể tăng gấp đôi khi động cơ chạy bằng khí mà chúng nén?

EDIT Câu trả lời rất có thể nằm ở sự giống nhau giữa tuabin hướng tâm (hướng tâm) và máy nén ly tâm.

— MikeJava
nguồn

Và máy nén khí piston?

— ratchet freak

@ratchetfreak Suy nghĩ tốt. Máy nén khí piston có thể sẽ phù hợp với nhu cầu này. Than ôi, máy nén van piston là đối ứng, có nghĩa là rung động nhiều hơn và (không nhất thiết, nhưng tôi tưởng tượng thực tế) trọng lượng hơn những hạn chế của tôi sẽ thực sự cho phép. Tôi đang tìm kiếm sự trơn tru của máy nén khí quay.

— MikeJava

Khối lượng thấp, các ứng dụng đầu cao thường gọi cho một tuabin xung cho tuabin quay. Vì điều đó dường như rất khó để biến thành máy nén, tôi sẽ chọn tùy chọn của @ratchetfreak. Nếu tôi là bạn, tôi sẽ tập trung nghiên cứu về những chiếc xe chạy bằng khí nén, vì tôi nghĩ rằng họ có thể đã phát triển hệ thống chính xác mà bạn mô tả, và nếu tôi không nhầm, họ thực sự sử dụng hệ thống van piston.

— Chiếm

@sanchise Tôi không thấy lý do tại sao các ứng dụng âm lượng cao, áp suất thấp không thể được đáp ứng bởi bất kỳ loại động cơ không khí quay nào. Tại sao bạn nói một tuabin xung lực là cần thiết? Tôi phải thiếu một số khía cạnh của tình hình. Ngoài ra, tôi chắc chắn sẽ không ngạc nhiên nếu nhiều công nghệ ô tô mới nổi áp dụng hệ thống van piston, nó có ý nghĩa nhất đối với họ. Nhưng câu hỏi này thực sự là về một hệ thống quay, ưu điểm của nó là rất nhiều. Tôi sẽ chỉnh sửa câu hỏi để làm cho điều này rõ ràng hơn.

— MikeJava

@MikeJava Tôi không nói là không thể - Tôi chỉ nói rằng cách sử dụng tuabin quay hiệu quả nhất cho ứng dụng có khối lượng thấp là một tuabin xung lực, trong đó có nhiều lựa chọn (thường chỉ liên quan đến cách chính xác các van tuabin được thiết kế). Mặc dù vậy, tôi không thể tìm thấy cuốn sách của mình về điều đó, vì vậy tôi đoán người khác sẽ phải đưa ra câu trả lời chắc chắn.

— Sanchise

Câu trả lời:

Tôi muốn giới thiệu một hệ thống ly tâm nghiêng về phía trước , chẳng hạn như một quạt cong về phía trước .

$Q$ $V$ $\theta$ $U$

P = (V - U) (1 - \cos (θ)) ρ Q U

$\mathcal P = (V-U)(1-\cos(\theta))\rho QU$

Nếu bạn có thiết bị này nén khí, đầu vào nguồn sẽ chạy ngược lại. Trong cả hai trường hợp, góc giúp. Xem tam giác vận tốc .

$U$ $V$ $U$ $Q$ $V$ $U$ $V$ $Q$ $U$ $V/U$

Có lẽ sử dụng điều này như là giai đoạn đầu tiên trong máy nén quay hai giai đoạn cũng có thể giúp ích - giai đoạn thứ hai là máy nén quay thực sự để tăng áp suất, nhưng điều này hỗ trợ giai đoạn thứ hai để tăng áp suất ngoài khí quyển.

Cuối cùng, không có thiết bị nào trên thị trường sẽ được chế tạo cho dịch vụ lạ này - nhưng bằng cách có một hệ thống quay khá đối xứng với các đầu vào được kiểm soát cẩn thận sẽ mang lại một số kết quả tốt. Tôi chắc chắn sẽ tham khảo ý kiến với một nhà sản xuất quạt tùy chỉnh.

— dấu
nguồn

Suy nghĩ của bạn dường như củng cố giả định của tôi rằng những tuabin này có những đặc điểm cần thiết để có thể đảo ngược. Một quạt nghiêng về phía trước trông cực kỳ giống với máy nén ly tâm; máy nén ly tâm cũng được coi là một hệ thống ly tâm nghiêng về phía trước? Máy nén, nếu giống như quạt, sẽ có một vài lợi thế so với quạt. Và tôi hiểu ý của bạn về việc kiểm soát cẩn thận các biến khác nhau trong hệ thống. Điều đó chắc chắn là cần thiết cho ứng dụng này. Phương trình đặc biệt hữu ích

— MikeJava

Q

$Q$

Điều đó rất tốt khi được xem trong bối cảnh của lý thuyết về một quạt ly tâm có thể đảo ngược, nhưng chính sự phân loại 'quạt' ngụ ý rằng nó không phù hợp để tăng khí lên áp suất rất cao. Một quạt ly tâm có thể có được không khí đến một psi đáng kính?

— MikeJava

Tôi sẽ nói rằng nó sẽ không đạt được một psi cao. Đó là lý do tại sao tôi muốn giới thiệu nó như là một giai đoạn đầu tiên. Tôi cũng đang sử dụng "giai đoạn" trong một bối cảnh rộng - như một vài lớp đầu tiên của máy nén quay có hình dạng khác so với phần còn lại. Vì vậy, bạn sẽ bơm khí nén trở lại vào giữa máy nén (tức là lớp cuối cùng trong số các lớp có hình dạng khác nhau) chứ không phải lớp cuối cùng của thiết bị.

— Đánh dấu

Tôi không phải là chuyên gia về máy nén khí hoặc động cơ, nhưng từ hiểu biết hạn hẹp của tôi, tôi nghĩ như bạn nói rằng máy nén ly tâm sẽ là tốt nhất để nén và Tesla Turbine sẽ là lý tưởng như động cơ. Tôi nghĩ rằng có thể gắn chúng trên cùng một trục nhưng trong các buồng kín khí riêng biệt, với một số van để khi tuabin hoạt động, không khí được bơm ra khỏi buồng máy nén, và ngược lại, để không gây ra quá mức sức đề kháng từ các bánh công tác khác. Ngoài ra, một cơ cấu ly hợp / kẹp mà chọn một cái quay với trục.

Một thiết bị như vậy có thể được coi là một máy nén / động cơ cả hai chiều. Để thử làm cả hai cách với một bánh công tác được tối ưu hóa cho một trong những tình huống đó có vẻ như bạn sẽ luôn không hiệu quả trong trường hợp khác.

— jhabbott
nguồn

Tôi chắc chắn thấy một giải pháp tốt (mặc dù không hoàn toàn thanh lịch) có thể đạt được bằng cách đặt hai máy khác nhau trên cùng một trục ổ đĩa và sử dụng một số phần kết nối lạ mắt. Đó dường như là cách thực tế trong thế giới thực mà điều này có thể đi. Một thiết kế tuân theo nguyên tắc này nhưng sử dụng máy nén và động cơ có van cũng có thể làm hài lòng về mặt thẩm mỹ và chức năng. Tuy nhiên, điều thú vị là bạn mang tuabin tesla. Khi tôi nhìn vào đó, tôi thấy không chỉ một tuabin mà cả thiết kế cơ bản của máy nén ly tâm. Cả hai điều này không có góc lưỡi để lo lắng.

— MikeJava

Tôi đã nghĩ điều tương tự về tuabin Tesla, nhưng tôi không thể tìm thấy nhiều thông tin về việc nó hoạt động tốt như thế nào. Tôi sẽ quan tâm xem liệu có ai đã cố gắng đo lường mức độ tốt của một trong hai hướng không.

— jhabbott

Tua bin tesla thực sự có thể được sử dụng theo hướng ngược lại. Trong trường hợp này có vẻ như nó được gọi là máy bơm tesla. Sự khác biệt duy nhất giữa tuabin và máy bơm dường như là trong một trường hợp, không khí làm cho các cánh quạt tăng tốc, và trong trường hợp khác, các cánh quạt của nó làm cho không khí tăng tốc. Khi không khí tác động lên các cánh quạt, nó sẽ xoắn vào bên trong. Khi các cánh quạt tác động lên không khí, nó xoắn ốc ra ngoài, tăng vận tốc, giống hệt như một máy nén ly tâm. Câu hỏi sau đó là, 'máy nén ly tâm không có lưỡi cắt có hoạt động không?' Nếu câu trả lời là có, chúng tôi có thể có câu trả lời của chúng tôi.

— MikeJava

Ngoài ra, tôi cho rằng việc trao đổi ly tâm / ly tâm cũng sẽ áp dụng cho máy nén ly tâm có van, không chỉ là tuabin tesla.

— MikeJava