تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
kitmofar

نام: محمد

عضویت : پنج‌شنبه ۱۴۰۱/۶/۳۱ - ۲۱:۴۸


پست: 3



جنسیت:

تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط kitmofar »

سلام

آیا میتوان با استفاده از یک موتور دیزلی و یا بطور مثال یک الکتروموتور با قدرت ۱۰۰ کیلو وات که سرعت چرخش آن ۱۵۰۰ دور است با اتصال به گیربکس خورشیدی و افزایش قدرت و کاهش سرعت به ۲۵۰ دور و اتصال به یک ژنراتور ۲۵۰ دور و مثلا ۳۰۰ کیلو وات انرژی بیشتری را در خروجی دریافت کرد ؟
لازم به ذکر است که ژنراتور ۲۵۰ دور و موتور دیزل هم موجود است فقط بخاطر هزینه ساخت گیربکس و تابلو های برق نمیدونم ۱۵۰ میلیون تومان این هزینه را کنم یا اگر هزینه کردم جواب میده یا نه؟

آیا از نظر علمی امکانپذیر است که انجام بدهم و چند برابر انرژی بیشتری دریافت کنم ؟؟

smile142 smile072
آخرین ویرایش توسط kitmofar جمعه ۱۴۰۱/۷/۱ - ۲۱:۲۴, ویرایش شده کلا 1 بار

نمایه کاربر
ghm

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۲/۵/۹ - ۲۱:۰۸


پست: 185

سپاس: 138

جنسیت:

Re: تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط ghm »

سلام چون ولتاژ نامی و مطلوب خروجی ژنراتور با دور 250 ایجاد میشه میتونید استفاده کنید اما زمانی که بخواهید بیش از حد جریان بکشید و به اندازه 300 کیلووات در خروجی توان مصرف کنید، بخاطر قانون لنز نیروی مخالف زیادی برای چرخش محور ژنراتور ظاهر میشود که این نیرو خارج از توان موتور دیزلی در اون سرعت خواهد بود و باعث کاهش دور موتور اون میشه.
استفاده از گیربکس با وجود اتلاف کمی که داره به علت تطبیق باعث افزایش راندمان میشه. اما شما باید در خروجی محدود به کمتر از 100 کیلووات مصرف داشته باشید.
˙ ·٠•♥ السلام علی بقیه الله فی ارضه ♥•٠·˙

kitmofar

نام: محمد

عضویت : پنج‌شنبه ۱۴۰۱/۶/۳۱ - ۲۱:۴۸


پست: 3



جنسیت:

Re: تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط kitmofar »

قراره با استفاده از گیربکس و ژنراتور مگنتی دور پایین انرژی بیشتری را در خروجی بگیریم و بازدهی بیشتری داشته باشیم
آیا بنظر شما امکانپذیر است

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2397

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

Re: تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط rohamavation »

ساختار گیربکس خورشیدی (سیاره ای) اینطوریه که یک چرخ دنده در مرکز قرار داره و دو یا چند چرخ دنده مانند سیاراتو به طور همزمان به دور این چرخ دندهمرکزی می چرخند. .پس به دلیل درگیری همزمان دو یا چند دنده گیربکس، تحمل بار بیشتری نسبت به گیربکس های حلزونی داره. از دیگر مزایای گیربکس خورشیدی فشردگی اونه امکان مونتاژ در چند سطح باعث ایجاد تغییرات در نسبت در این نوع گیربکس شده است و محدودیتی در نسبت گیربکس های خورشیدی وجود ندارد.
مرکز گیربکس ثابت است و محور چرخ دنده سیاره ای قابل حرکت است.
مجموع چرخ های دنده گیربکس خورشیدی اغلب زمانی مفیده که نسبت سرعت به گشتاور در یک مجموعه فشرده از چرخ دنده ها مورد نیاز باشه. تنش های محرک به تعداد زیادی از دندانه ها اعمال می شود، بنابراین متعادل است و در نتیجه طراحی بادوام دارد. چرخ دنده های خورشیدی می توانند قوی تر از دنده های استاندارد باشند و به دلیل درگیر شدن همزمان دو یا چند دنده، گشتاور بیشتری را منتقل می کنند. در عین حال گیربکس بار بیشتری را نسبت به چرخ دنده های مارپیچ تحمل می کند. مزایای گیربکس های خورشیدی و امکان مونتاژ طبقات بر روی یکدیگر نشان دهنده تغییر نسبت در این گیربکس است و محدودیتی در نسبت چرخش گیربکس های خورشیدی وجود ندارد.
گیربکس سیاره ای چیست؟تصویر
گیربکس سیاره ای جعبه دنده ای است که شفت ورودی و شفت خروجی در یک راستا قرار دارند. یک گیربکس سیاره ای برای انتقال بزرگترین گشتاور در فشرده ترین شکل (معروف به چگالی گشتاور) استفاده می شود.
هاب شتاب دوچرخه یک نمونه عالی از مکانیزم چرخ سیاره است: آیا تا به حال فکر کرده اید که چگونه می توانید در چنین توپی کوچکی این همه قدرت و توانایی داشته باشید؟ برای هاب سه سرعته از سیستم دنده سیاره ای یک مرحله ای و برای هاب پنج سرعته 2 مرحله ای استفاده می شود. هر سیستم چرخ دنده سیاره ای یک حالت کاهش، یک جفت مستقیم و یک حالت شتاب دارد.
از نظر ریاضی، کوچکترین نسبت کاهش 3: 1، بزرگترین آن 10: 1 است. در نسبت کمتر از 3، چرخ دنده خورشید در برابر چرخ دنده های سیاره بسیار بزرگ می شود. در نسبت بیشتر از 10 چرخ خورشیدی خیلی کوچک می شود و گشتاور کاهش می یابه. نسبت ها معمولا مطلق هستند یعنی یک عدد صحیح.
انتقال توسط گیربکس سیاره ای (Planetary) :
استفاده از این نوع گیربکس نیز در توربین بادی بسیار رایج است. در این گیربکس از سه نوع چرخ­دنده استفاده می­شود، چرخ­دنده خورشیدی (Sun gear) که در وسط قرار می­گیرد، چرخ­دنده سیاره­ای (Planetary gear) و چرخ­دنده رینگی (Ring gear) که یک چرخ­دنده داخلی (Internal) می­باشد. در شکل زیر نمایی از یک گیربکس سیاره­ای دیده می­شود.
گیربکس این قابلیت را دارد که نسبت دورهای متفاوتی داشته باشد در جدول زیر حالت ها و نسبت دورهای مختلف این نوع گیربکس ارائه شده است.از جمله مزایای گیربکس سیاره ­ای عبارت است از:
تقسیم نیرو روی چرخنده های سیاره ای
کوچکتر شدن حجم گیربکس
کاهش لغزش بین دنده های حلقه و سیاره و در نتیجه کاهش فرسایش
افزایش راندمان نسبت به دیگر گیربکس ها
نسبت دورهای متفاوت
از جمله قابلیت این نوع گیربکس نسبت دور بالای آن می­باشد. به عنوان مثال مدل RA810/25520 با نسبت دور 1 به 2552 می باشد.
جعبه‌دنده یا همان گیربکس معمولا در یک توربین بادی برای افزایش سرعت دورانی روتور از یک سرعت کم به یک سرعت بالا برای مورد استفاده قرار گرفتن ژنراتور می باشد. این نسبت تغییر سرعت به طور معمول و متداول حدود 90 : 1 با نرخ وردی 16.7rpm از روتور، و نرخ خروجی 1500 rpm برای ژنراتور است .
برای داشتن یک درک بهتر از گشتاور حاصل از روتور یک توربین 1.5 مگاواتی را در نظر بگیرید. 1.5 مگاوات = 2011 اسب بخار
اگر مقدار سرعت چرخش روتور را 15rpm در نظر بگیریم. رابطه بین گشتاور و سرعت معادله ای به صورت زیر می باشد
Php = ωT / 5,252در این رابطه Php توان بر حسب اسب بخار می باشد ، ω سرعت چرخشی روتور می باشد، T گشتاور بر حسب (lb-ft) می باشد و مقدار 5,252 نیز یک فاکتور تبدیل است.
حل معادله بالا گشتاور را به ما می دهد:
T = 5,252 Php/ ω
بنابراین گشتاور ورودی به گیربکس ما از رابطه بالا برابر است با 700,000 ft-lb ، البته می دانیم که توربین ما در مدت زمان کمی از کار خود به این مقدار ماکزیمم می رسد.
گفتم تا حدی مفهوم بار (لود) بر روی گیر بکس را ببفهمیم. طراحی گیربکس با مقدار لود سر و کار دارد. برای اندازه گیری لحظه ای مقدار بار بر روی گیربکس از سنسور هایی استفاده می شود که در بازه زمانی کوتاهی به صورت مرتب مقدار لود را اندازه گیری می کنند. همچنین دقت داشته باشید که بر اثر بارگزاری های مختلف و افزایش و کاهش دما، گاها شفت ها و بیرینگ ها دچار خرابی می شوند و باعث ایجاد لود های اضافی بر روی گیربکس می شوند. همه این اتفاق ها در سمت گیربکس و ژنراتور نیز ممکن است اتفاق بیافتد. به همین خاطر اگر زمانی گیربکس خراب شد، توربین به طور کامل متوقف می شود و سپس گیربکس را تعمیرو یا تعویض می کنند..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering
تصویر
smile072 smile072 رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا
آخرین ویرایش توسط rohamavation جمعه ۱۴۰۱/۷/۸ - ۱۷:۳۸, ویرایش شده کلا 1 بار
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2397

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

Re: تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط rohamavation »

یک ترکیب معمولی موتور DC / دنده سیاره ای را تصور کنید.
آیا فکر من درست است:
فرض کنید روی یک سطح بدون اصطکاک جرمی 100 کیلوگرمی دارید. شفت خروجی گیربکس دارای بازوی 0.10 متری است که با آن جرم را فشار می دهید. (یعنی به صورت خطی چند اینچ). شما می خواهید جرم را با سرعت 0.1 m/s2 شتاب دهید.
آیا این بدان معناست که نیروی 10 نیوتن (یعنی 100 در 0.1) و بنابراین گشتاور 1 نیوتن متر (10 در 0.1) نیاز دارد؟
اگر این درست است، و بگویید بعد از گیربکس، اسپیندل واقعاً 1 نیوتن می دهد. این یک موتور 6000 دور در دقیقه و یک گیربکس 100:1 است.اسپیندل موتورها دارای چند ویژگی هستند که در موتورهای معمولی این موارد مشاهده نمی شود. اولین مورد سنکرون بودن شفت روتور آنها می باشد
در واقع، آیا این بدان معناست که خود موتور واقعاً "1 نیوتن متر" را ارائه می دهد ... گیربکس "مهم نیست"؟
یا اگر اسپیندل خروجی واقعاً "1 نیوتن متر" ارائه می کند، آیا این بدان معناست که موتور برای خرید 1/100 = 10 میلی نیوتن متر است؟
{یعنی 10 میلی نیوتن متر ... 0.01 نیوتن متر!}
رقم بسیار پایین به نظر می رسد، اما من احتمالا اشتباه می کنم.
فرض کنید روی یک سطح بدون اصطکاک جرمی 100 کیلوگرمی دارید. شفت خروجی گیربکس دارای بازوی 0.10 متری است که با آن جرم را فشار می دهید. (یعنی به صورت خطی چند اینچ). شما می خواهید جرم را با سرعت 0.1 m/s2 شتاب دهید.
آیا این بدان معناست که نیروی 10 نیوتن (یعنی 100 در 0.1) و بنابراین گشتاور 1 نیوتن متر (10 در 0.1) نیاز دارد؟
F=m∗a، پس بله، نیرویی برابر با 10 نیوتن نیاز دارد. و T=F∗L، بنابراین بله، در این مورد با 1Nm مطابقت دارد. تا اینجای کار خیلی خوبه.اگر درست است [اینطور است!]، و بگویید بعد از گیربکس، اسپیندل واقعاً 1 نیوتن متر می دهد. این موتور 6000 دور در دقیقه و گیربکس 100:1 است.در واقع، آیا این بدان معناست که خود موتور واقعاً "1 نیوتن متر" را ارائه می دهد ... گیربکس "مهم نیست"؟
نه. در مورد گیربکس مهم است. در این مثال، شما یک موتور 6000 دور در دقیقه دارید که مربوط به سرعت شافت خروجی 60 دور در دقیقه است، و اگر گیربکس را تغییر دهید، 1 نیوتن متر است، این دو مقدار خروجی متناسب با آن متفاوت خواهند بود. یعنی می توانید 30 دور در دقیقه، و 2 نیوتن متر، یا 120 دور در دقیقه، و 0.5 نیوتن متر داشته باشید. از نظر تئوری
یا اگر اسپیندل خروجی واقعاً "1 نیوتن" را ارائه می دهد، آیا این بدان معناست که موتور مورد نظر برای خرید دارای رتبه 1/100 = 10 mNm است؟بله این درست است. موتور واقعی، قبل از گیربکس، باید حدود 10mNm تولید کند
رقم بسیار پایین به نظر می رسد، اما من احتمالا اشتباه می کنم.
بله، اشتباه میکنم، آنقدرها هم کم نیست. در اینجا اولین برگه داده ای است که برای یک موتور 12 ولتی 6000 دور در دقیقه یافتم که گشتاور را در حداکثر بازده 16.5 میلی نیوتن متر ذکر می کند.
این ما را به یک نکته مهم می رساند - راندمان موتور و حداکثر توان خروجی و غیره با تغییر سرعت اسپیندل (موتور) تغییر می کند - باید مطمئن شوید که جعبه طراحی شما به طور مناسب تنظیم شده است تا در درجه اول نزدیک به حداکثر نقطه بازدهی در صورت امکان کار کند...I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering
تصویر
smile072 smile072 رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا
آخرین ویرایش توسط rohamavation جمعه ۱۴۰۱/۷/۸ - ۱۷:۳۸, ویرایش شده کلا 1 بار
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2397

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

Re: تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط rohamavation »

قرار دادن انرژی مکانیکی به مراتب بیشتر از بار الکتریکی آن در ژنراتور
جالب است که چگونه دیروز مدت زیادی از روز در مورد این سوال فکر می کردمآیا یک ژنراتور القایی 3 فاز با خودش مبارزه می کند. چرخش؟. بنابراین، تصمیم گرفتم سوال مرتبط خود را اینجا بپرسم.
من می دانم که یک ژنراتور با چرخش خود مبارزه می کند، اما چیزی که در تعجبم این است: فرض کنید من انرژی مکانیکی بسیار بیشتری را نسبت به بار الکتریکی آن به ژنراتور وارد می کنم. آن وقت قرار است چه اتفاقی بیفتد؟ این سناریو را تصور کنید: ما یک ژنراتور 1KW داریم که به یک لامپ 100W و یک وات متر متصل است. ژنراتور دارای یک لنگ است. اگر من حدود 110 وات انرژی مکانیکی روی میل لنگ بگذارم، وات متر به من می گوید که ژنراتور لامپ من را با حدود 100 وات انرژی تامین می کند. (با فرض 10 درصد ضرر.)
اما اکنون فرض کنید که من قدرت بسیار بیشتری را در میل لنگ قرار داده ام. فرض کنید من به علامت 1KW نزدیک می شوم. (بدون اینکه به آن برسم یا از آن فراتر بروم، تا ژنراتور من را نسوزاند.) این همه انرژی اضافی کجا خواهد رفت؟
و یک چیز دیگر: اگر به طور تصادفی پاسخ این باشد که ژنراتور فقط 110 وات انرژی مکانیکی در برابر میل لنگ مقاومت می کند، بنابراین قرار دادن 1 کیلو وات انرژی غیرممکن خواهد بود و من فقط میل لنگ را آنقدر سریع می چرخانم که یا به من می رسم. حد خود را در مورد سرعت چرخش من، یا اینکه ژنراتور به دلیل نیروی گریز از مرکز متلاشی می شود، لطفاً به من پاسخ دهید: آیا می توان ژنراتوری ساخت که مقاومت لازم را در برابر نیروی مکانیکی که آن را به حرکت در می آورد، ارائه دهد تا ژنراتور فقط به اندازه بار الکتریکی خود انرژی مکانیکی مصرف می کند؟
بگذارید دلیل سوالم را به شما بگویم تا در صورت نیاز، زمینه بیشتری برای پاسخ به این سوال داشته باشید: من در مورد امکان ذخیره انرژی در یک آرایش مکانیکی مانند یک سیم پیچ فکر می کردم. بنابراین، در روزهای بادخیز، زمانی که مولد برق آسیاب بادی من انرژی مازادی برای دادن دارد، انرژی مازاد را به موتوری هدایت می‌کنم که یک سیم پیچ بسیار بزرگ را می‌پیچد، در حالی که در روزهای بدون باد اجازه می‌دهم سیم‌پیچ به آرامی باز شود و ژنراتور را به حرکت درآورد. . (البته یک چرخ دنده بین سیم پیچ و ژنراتور وجود دارد، به طوری که سیم پیچ خیلی آهسته باز می شود، در حالی که ژنراتور سریع می چرخد.) اکنون سیم پیچ مقدار معینی انرژی مکانیکی در خود ذخیره می کند و خواهد شد. می خواهم همیشه همان مقدار گشتاور را به ژنراتور اعمال کنم، صرف نظر از اینکه خانوار من چقدر انرژی نیاز دارد. بنابراین، می‌خواستم بدانم که آیا می‌توان کاری برای جلوگیری از باز شدن بی‌ضروری سیم‌پیچ انجام داد، به غیر از اعمال شکستگی روی آن. (راه حلی که به نظر من خیلی بد به نظر می رسد.) البته ایده آل این است که ژنراتور به خودی خود بتواند در برابر باز شدن سیم پیچ به گونه ای مقاومت کند که تمایل سیم پیچ به چرخش منهای مقاومت ژنراتور اصلاً مقاومت کند. برابر نیروی دقیق لازم برای چرخاندن ژنراتور برای تولید مقدار دقیق انرژی مورد نیاز بار آن است. اما من نمی دانم که آیا این امکان الکتریکی وجود دارد یا خیر.
بسیار خوب، معلوم می شود که پاسخ سوال اول به صورت پررنگ این است که جمله بلافاصله پس از آن چه چیزی را پیش بینی می کند، (همونی که می گوید: "و یک چیز دیگر: اگر به طور تصادفی پاسخ ...") سوال واقعی پس از آن به سوال دوم به صورت پررنگ تبدیل می شود. متأسفانه این موضوع بی پاسخ ماند. داشتم به آن فکر می‌کردم و به چیزی رسیدم که با توجه به درک ساده‌ای که از الکتریسیته و الکترومغناطیس داشتم (فقط ممکن است) دلیلی بر این باشد که دستیابی به آنچه به دنبال آن هستم ممکن است، پس اجازه دهید آن را توضیح دهم، و شما به من بگویید که آیا درست است
فرض کنید من نه تنها یک ژنراتور را به سیم پیچ، بلکه یک موتور جداگانه را وصل می کنم. (این کار را به هر حال برای اینکه بتوانم سیم پیچ را در زمانی که آسیاب بادی من انرژی اضافی دارد انجام دهم.) حالا فرض کنید سیم پیچ آنقدر انرژی مکانیکی در آن ذخیره شده است که بخواهد آنقدر گشتاور به ژنراتور من وارد کند. که می تواند 10 کیلو وات تولید کند در حالی که من فقط به 110 وات نیاز دارم. بنابراین، فرض کنید که من 9890 وات اضافی را به موتور هدایت می کنم، که با گشتاور سیم پیچ مقابله می کند. آیا در آن صورت کل این سیستم به تعادل نمی رسد؟ آیا سیم پیچ با سرعتی باز نمی شود که مطابق با تعداد وات مورد نیاز لامپ باشد، به علاوه حدود 10 درصد آن برای تلفات ژنراتور، به علاوه حدود 10 درصد از 10 کیلووات برای تلفات موتور؟ بنابراین، آیا من به جای کل 10 کیلووات، حدود 1.1 کیلووات انرژی مکانیکی ذخیره شده در سیم پیچ را از دست نمی دهم؟
و یک سوال دیگر: اگر پاسخ این سوال مثبت است، آیا می توان دستگاه واحدی داشت که هم به عنوان ژنراتور و هم به عنوان موتور عمل کند و این رفتار را بدون نیاز به داشتن ژنراتور و موتور به عنوان دستگاه های جداگانه انجام دهد؟
اگر شما یک بار الکتریکی 100 وات دارید و 100 وات به اضافه تلفات راندمان، مثلاً 110 وات، به ژنراتور رانده می‌شوید، همه چیز در حالت تعادل قرار می‌گیرد و 100 وات از توان ورودی مکانیکی به الکتریسیته و 10 وات دیگر برق ورودی مکانیکی تبدیل می‌شود. با ضرر خورده شدن
اکنون به طور ناگهانی 1 کیلو وات قدرت مکانیکی را وارد دستگاه کنید. در آن لحظه، قبل از اینکه سرعت چرخش تغییر کند، بار الکتریکی 100 وات همچنان همان بار مکانیکی را به محرک اصلی ارائه می کند. چیزها در تعادل نخواهند بود و سرعت چرخش ماشین شتاب می گیرد. بسته به شرایط، این ممکن است بار الکتریکی را افزایش دهد یا نه. مطمئناً ولتاژ تولید شده بالا می‌رود و هر بار مقاومتی ساده، نیروی بیشتری را جذب می‌کند، اما شاید تنظیمی داشته باشید که بار دقیقاً 100 وات بکشد.
بنابراین فرض کنید که بار دقیقاً 100 وات ادامه دارد. پس 900 وات نیروی مکانیکی اضافی کجا می رود؟ سرعت ماشین باید افزایش یابد تا زمانی که تلفات با قدرت حرکت مکانیکی برابری کند. بنابراین بسیار سریع می چرخد، افزایش قدرت منجر به افزایش اصطکاک در یاتاقان ها، کاهش باد ناشی از قطعات چرخان، جریان های گردابی در مغناطیسی (و بدون شک چند مورد دیگر که در حال حاضر فراموش کرده ام)، هیچ یک از که مطلوب هستند.
متوجه خواهید شد که بدون تجاوز از امتیاز الکتریکی دستگاه، به سرعت از امتیازات مکانیکی آن فراتر می‌روید، یعنی احتمالاً مدت‌ها قبل از رسیدن به 1000 وات، سرعت چرخش چندین برابر سرعت پیشنهادی خواهد بود و احتمالاً خرابی فاجعه‌باری در پی خواهد داشت. توجه داشته باشید که می توانید این کار را بدون هیچ بار الکتریکی روی ژنراتور انجام دهید.برق تغذیه شده به ژنراتور برابر با توان دریافتی از ژنراتور است. دومی شامل گرما یا انرژی مکانیکی (به عنوان مثال ارتعاش) است.
بنابراین هر نیروی اضافی به گرما یا انرژی مکانیکی تبدیل می شود که ممکن است منجر به تخریب ژنراتور شود.
اما در نظر بگیرید که قرار دادن انرژی بیشتر در ژنراتور چندان آسان نیست، زیرا اگر بار الکتریکی کافی نباشد، مقاومت مکانیکی (گشتاور) کاهش می یابد. بنابراین اگر واقعاً می خواهید انرژی بیشتری را به ژنراتور اختصاص دهید، باید RPM را بیشتر و بیشتر افزایش دهید، که باعث افزایش اصطکاک (--> گرما) و انرژی مکانیکی (ارتعاش) در ژنراتور می شود. هر دو در نهایت منجر به از بین رفتن ژنراتور می شوند...I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering
تصویر
smile072 smile072 رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا
آخرین ویرایش توسط rohamavation جمعه ۱۴۰۱/۷/۸ - ۱۷:۳۹, ویرایش شده کلا 1 بار
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2397

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

Re: تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط rohamavation »

طراحی توربین بادی برای نیروی باد
نماد انرژی باد در قلب هر سیستم تولید انرژی بادی تجدیدپذیر، توربین بادی است. طراحی توربین بادی عموماً شامل یک روتور، یک ژنراتور جریان مستقیم (DC) یا یک دینام جریان متناوب (AC) است که بر روی یک برج در بالای سطح زمین نصب می‌شود.
بنابراین چگونه توربین های بادی برای تولید برق طراحی می شوند. در ساده ترین عبارت، توربین بادی برعکس فن خانگی یا رومیزی است. این فن از برق شبکه اصلی برای چرخش و گردش هوا استفاده می کند و باعث ایجاد باد می شود.در نگاه اول به نظر می رسد که باد از بغل به تیغه ها خورده و آنها را به حرکت در می آورد، اما این نگاه کاملا اشتباه است. باد از روبرو و یا پشت ( بسته به نوع توربین که upwind باشد یا downwind) به صورت عمود با تیغه های توربین برخورد میکند. طراحی تیغه ها همانند طراحی بال های هواپیما است، یعنی قسمت پایینی آن صاف و قسمت بالا دارای خمیدگی است. این نوع طراحی باعث می شود که سرعت هوایی که از زیر تیغه ها حرکت می کند کمتر از قسمت بالای آن شود. این تغییر در سرعت باعث تغییر در فشار بالا و پایین تیغه ها می گردد، به گونه ای که فشار پایین از فشار بالا بیشتر شده و تیغه به سمت بالا حرکت می کند.تصویر
هرچه سرعت باد بیشتر باشد تیغه ها نیز با سرعت بیشتری حرکت می کنند و روتر را می چرخانند. حرکت چرخشی روتر توسط دو شفت و جعبه دنده به ژنراتور منتقل شده و در آنجا این انرژی مکانیکی به برق تبدیل می شود. اجزاء اصلی توربین های بادی
توربین بادی و اجزای آنتصویر
روتور:
روتور توربین باد شامل پره،پره ها (blades) : یکی از مهمترین بخش های توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. هاب،هاب (Hub) : هاب یا توپی توربین بادی کار اتصال پره های توربین بادی را به محور اصلی به عهده دارد. از لحاظ بار گذاری مکانیکی هیچ یک از قطعات توربین به اندازه هاب تحت تاثیر بارگذاری های متعدد و پیچیده نمی باشند. در داخل هاب سیستم گام یا پیتچ قرار دارد که با تغییر زاویه پره مقدار نیروی وارده به روتور را کاهش یا افزایش می دهد. در سرعت های باد بالا با افزایش زاویه پره ها می توان توان روتور را در یک مقدار نامی توربین، ثابت نگه دارد. دماغه و یاتاقان های پره می باشد .روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند. معمولاً روتور توسط بک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و البته پیش بینی های لازم برای هم جهت شدن امتداد شفت با جهات مختلف باد و همچنین برای کنترل سرعت آن صورت می گیرد و قدرت جذب شده توسط این روتور مستقیماً و یا توسط یک سیستم مکانیکی به ماشینی که قرار است رانده شود منتقل می گردد. تعداد پره ها معمولاً متغیر بوده و پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود. ضمناً پره ممکن است در امتداد محور طولی تاب داشته باشد یا اصطلاحاً پیچیده باشد و همچنین گام پره ممکن است ثابت و یا متغیر باشد.
پره: یکی از مهمترین بخش های توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد.تعداد فرد یا زوج پره های روتور – طراحی توربین بادی که دارای تعداد پره های روتور «زوج»، 2، 4 یا 6، و غیره است، می تواند هنگام چرخش دچار مشکلات پایداری شود. زیرا هر تیغه روتور دارای یک تیغه دقیق و مخالف است که در جهت مخالف 180 درجه قرار دارد. همانطور که روتور می چرخد، درست در لحظه ای که بالاترین تیغه به صورت عمودی به سمت بالا اشاره می کند (موقعیت ساعت 12)، پایین ترین تیغه مستقیماً در مقابل برج پشتیبانی توربین قرار می گیرد. نتیجه این است که بالاترین تیغه به سمت عقب خم می شود، زیرا حداکثر نیرو را از باد دریافت می کند که به آن "بارگذاری رانش" می گویند، در حالی که تیغه پایینی مستقیماً در جلوی برج نگهدارنده به منطقه آزاد از باد می رود.
این خمش ناهموار پره های روتور توربین (بالاترین خم شده در باد و پایین ترین مستقیم) در هر تراز عمودی باعث ایجاد نیروهای ناخواسته بر روی پره های روتور و شفت روتور می شود زیرا دو پره هنگام چرخش به جلو و عقب خم می شوند. برای توربین های سخت آلومینیومی یا فولادی کوچک، این ممکن است برخلاف تیغه های پلاستیکی تقویت شده با فایبر گلاس طولانی تر، مشکلی ایجاد نکند.
طراحی توربین بادی که تعداد پره‌های روتور «ODD» (حداقل سه پره) دارد، نرم‌تر می‌چرخد زیرا نیروهای ژیروسکوپی و خمشی به طور یکنواخت در سراسر پره‌ها متعادل‌تر هستند و باعث افزایش پایداری توربین می‌شوند.روتورهای تک پره دارای وزن تعادلی در طرف مقابل روتور هستند اما به دلیل حرکت چرخشی نامنظم تک پره که باید برای جذب همان مقدار انرژی باد با سرعت بیشتری حرکت کند، از تنش و ارتعاش مواد زیادی رنج می برند.
همچنین با روتورهای تک یا حتی دو پره، بیشتر حرکت هوای موجود و در نتیجه نیروی باد از سطح مقطع جاروب نشده توربین بدون برهمکنش با روتور عبور می‌کند و باعث کاهش کارایی آن‌ها می‌شود.
پره های روتور مورد استفاده برای طراحی توربین بادی با محور افقی بسیار بزرگ از کامپوزیت های پلاستیکی تقویت شده با متداول ترین کامپوزیت ها شامل رزین فایبر گلاس/پلی استر، فایبر گلاس/اپوکسی، فایبر گلاس/پلی استر و کامپوزیت های فیبر کربن ساخته شده اند. کامپوزیت های الیاف شیشه و الیاف کربن نسبت مقاومت فشاری به وزن به طور قابل توجهی در مقایسه با سایر مواد دارند. همچنین فایبرگلاس سبک، قوی، ارزان است، ویژگی های خستگی خوبی دارد و می تواند در انواع فرآیندهای تولیدی استفاده شود.
سرعت چرخشی توربین ها به صورت زیر تعریف می شود: دور در دقیقه = سرعت باد x نسبت نوک سرعت x 60 / (قطر x π).
اگر یک روتور توربین خیلی آهسته بچرخد، اجازه می دهد باد بیش از حد بدون مزاحمت از آن عبور کند و بنابراین تا آنجا که می تواند انرژی استخراج نمی کند. از سوی دیگر، اگر تیغه روتور خیلی سریع بچرخد، به نظر باد به عنوان یک دیسک دایره‌ای دوار مسطح بزرگ به نظر می‌رسد که مقدار زیادی تلفات کششی و نوک را ایجاد می‌کند و سرعت روتور را کند می‌کند. بنابراین، تطبیق سرعت چرخش روتور توربین با سرعت باد خاص بسیار مهم است تا بازده بهینه حاصل شود.
گام/زاویه تیغه روتور - پره‌های روتور توربین بادی با طراحی ثابت معمولاً مانند بال‌های هواپیما صاف یا مسطح نیستند، اما در عوض دارای پیچ و تاب و مخروطی کوچکی در طول خود از نوک تا ریشه هستند تا سرعت‌های چرخشی مختلف در طول تیغه امکان‌پذیر باشد. . این پیچ و تاب به تیغه اجازه می دهد تا انرژی باد را زمانی که باد از زوایای مماسی مختلف به سمت آن می آید جذب کند و نه فقط مستقیم. یک تیغه روتور مستقیم یا صاف از بالا آمدن خودداری می کند و حتی ممکن است متوقف شود، اگر تیغه روتور در زوایای مختلف با باد برخورد کند، به خصوص اگر این زاویه حمله بیش از حد شیب دار باشد، "زاویه حمله" نامیده می شود.
پیچ تیغه روتور
بنابراین، برای اینکه تیغه روتور زاویه حمله بهینه ای را ببیند که باعث افزایش بالابر و کارایی می شود، تیغه های طراحی توربین بادی به طور کلی در طول تیغه پیچ خورده می شوند. علاوه بر این، این پیچ و تاب در طراحی توربین بادی از چرخش بیش از حد پره های روتور در سرعت های باد بالا جلوگیری می کند.
توان آیرودینامیکی تولید شده توسط توربین بادی را می توان با تنظیم زاویه گام توربین بادی در رابطه با زاویه حمله باد کنترل کرد زیرا هر پره حول محور طولی خود می چرخد. سپس تیغه‌های روتور با کنترل گام می‌توانند صاف‌تر و صاف‌تر باشند، اما عموماً این تیغه‌های بزرگ در هندسه خود پیچش مشابهی دارند اما برای بهینه‌سازی بار مماسی روی تیغه روتور بسیار کوچک‌تر هستند.
هر تیغه روتور دارای مکانیزم چرخشی چرخشی، غیرفعال یا دینامیکی است که در ریشه تیغه تعبیه شده است، که یک کنترل افزایشی یکنواخت را در طول آن ایجاد می کند (پیچش ثابت). مقدار گام مورد نیاز تنها چند درجه است زیرا تغییرات کوچک در زاویه گام می تواند تأثیر چشمگیری بر توان خروجی داشته باشد زیرا از آموزش قبلی می دانیم که انرژی موجود در باد متناسب است.
به مکعب سرعت باد.طول تیغه روتور
اجزای توربین بادی در فناوری ها و برند های تجاری مختلف ان تقریبا یکسان است که در ادامه به شرح ان پرداخته می شود. توربین بادی وسیله ای است که انرژی جنبشی موجود در باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می نماید. فرآیند تبدیل انرژی عبارت است از تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی جنبشی مجموعه روتور و سپس تبدیل ان به انرژی الکتریکی در ژنراتور است. امروزه بیشترین توربین های بادی، توربین هایی با محور افقی می باشند که در این قسمت اجزا این توربین ها معرفی می شوند. منظور از عبارت “محور افقی” این است که محور اصلی توربین بادی که نیرو محرکه را تولید می کند افقی است. روتور های(rotor) توربین های بادی با محور افقی بر اساس نحوه قرار گیری در جهت باد (رو به باد (upwind) و یا پشت به باد(downwind))، طراحی هاب(hub)، کنترل دور روتور (استال و یا گام(pitch))، تعداد پره ها(blade)(معمولا دو یا سه و حتی پنج پره) و نحوه کنترل جهت توربین با باد، سیستم یاو(yaw) دسته بندی می شوند.
چالشی ترین قسمت در یک توربین بادی پره می باشد، در واقع پره ها اجسام آیرودینامیکی هستند که وظیفه اصلی استحصال انرژی از جریان باد را به عهده دارند. پره ها به یک عضو مرکزی به نام “هاب” متصل می شوند و هاب حرکت دورانی را به محور (شفت)اصلی منتقل میکند. در توربین های جعبه دنده دار (gearbox) محور اصلی به یک جعبه دنده افزاینده مرتبط می شود که جعبه دنده سرعت دورانی را به سرعت مورد نیاز ژنراتور افزایش می دهد(ولی در سیستم های بدون جعبه دنده (direct drive) محور اصلی مستقیما به ژنراتور متصل می شود). پس از جعبه دنده در خط انتقال قدرت یک ترمز دیسکی قرار میگیرد. پس از آن، ژنراتور توربین در انتهای خط انتقال قدرت قرار می گیرد. در این خط انتقال قدرت بعضا اجزای فرعی چون کلاچ نیز استفاده می گردد.
روتور توربین باد شامل پره، هاب، دماغه و یاتاقان های پره می باشد. روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند. روتور ها انرژی جنبشی باد را دریافت کرده و آن را تبدیل به نیروی مکانیکی محور می کند.
پره ها (blades) : یکی از مهمترین بخش های توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره ها تعیین کننده ترین عامل اصلی مقدار انرژی جذب شده از باد و همچنین بار وارده بر توربین هستند. پره ها به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد. پیشرفت های اخیر در زمینه تحلیل سازه موجب سبک تر شدن پره ها شده است. ساختن پره که از مواد کامپوزیتی به خصوص اپوکسی و فایبرگلس یا الیاف کربن ساخته می شود کماکان طولانی ترین فرآیند در ساخت توربین بادی است. بزرگ ترین کارخانه ساخت پره توربین شرکت LM در امریکا است.
هاب (Hub) : هاب یا توپی توربین بادی کار اتصال پره های توربین بادی را به محور اصلی به عهده دارد. از لحاظ بار گذاری مکانیکی هیچ یک از قطعات توربین به اندازه هاب تحت تاثیر بارگذاری های متعدد و پیچیده نمی باشند. در داخل هاب سیستم گام یا پیتچ قرار دارد که با تغییر زاویه پره مقدار نیروی وارده به روتور را کاهش یا افزایش می دهد. در سرعت های باد بالا با افزایش زاویه پره ها می توان توان روتور را در یک مقدار نامی توربین، ثابت نگه دارد.
پوشش هاب (hub cover)
دماغه (nose cone)
دماغه توربین بادی سازه ای مخروطی است که برای اصلاح جریان باد و کاهش مقاومت باد در نوک روتور طراحی می شود و معمولا برای کاهش وزن از کامپوزیت ساخته می شود. اتصال پره توربین به هاب دارای طرح های مختلفی می باشد :
طرح حلقه(Hutter)
طرح فلنج فولادی
طرح پیچ صلیبی(cross bolt)
طرح فلنج (bonded in flange) و غلاف پیوندی (bonded in sleeve)
ناس(nacelle)/موتور خانه یا گهواره
شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد. بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن بایستند.
شافت(shaft)
شافت توربین بادی گشتاور روتور را به جعبه دنده و در حالت محرک مستقیم به ژنراتور متصل می کند.
سیستم انتقال قدرت/جعبه دنده (gearbox): سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گرداننده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، جعبه دنده (gearbox) و محور سرعت بالا (در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقان ها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه جعبه دنده افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می‌باشد.
برج:
سازه های مشبک فولادی- برجهای استوانه ای فولادی یا بتنی و همچنین ستون های مهار شده توسط کابل از رایج ترین برج های نگهدارنده محسوب می شوند. ارتفاع برج معمولاً بین یک تا یک و نیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین استحکام برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال کوپل شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.
ناسل: شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد. بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن بایستند.
سیستم انتقال قدرت:
سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گردنده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، گیربکس و محور سرعت بالا ( در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقان ها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می‌باشد. عمدتاً دو نوع گیربکس در توربین‌های بادی مورد استفاده قرار می‌گیرد: گیربکس‌های با شفت‌های موازی و گیربکس‌های سیاره‌ای.
ژنراتور: پره های توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی در سیستم انتقال تبدیل می کنند و در قدم بعدی، ژنراتور انرژی توربین را به شبکه برق منتقل می نماید. بطور معمول از سه نوع ژنراتور در توربین های بادی استفاده می شود. ژنراتور جریان مستقیم – آلترناتور یا ژنراتور سنکرون – ژنراتور القایی یا آسنکرونتصویر
فن آوری های ژنراتور DC
در ماشین های DC معمولی، میدان(field) روی استاتور(stator) و آرماتور(armature) روی روتور(rotor) قرار دارد. استاتور شامل تعدادی قطب(pole) است که یا توسط آهن ربا های دائمی(permanent magnets) و یا با سیم پیچ های(windings) میدان DC تحریک می شوند. اگر دستگاه تحریک الکتریکی(electrically excited) است، تمایل دارد از مفهوم ژنراتور DC سیم پیچ شانت(shunt wound) پیروی کند.
فن آوری های قطار محرک سطح سیستمی
نمونه ای از سیستم ژنراتور بادی DC در شکل زیر نشان داده شده است. این شامل یک توربین بادی(wind turbine)، یک ژنراتورDC ، یک اینورتر ترانزیستور دو قطبی دروازه عایق (insulated gate bipolar transistor (IGBT) inverter) ، یک کنترل کننده، یک ترانسفورماتور(transformer) و یک شبکه قدرت(power grid) است.
برای ژنراتورهای DC سیم پیچ شانت، جریان میدان (و در نتیجه میدان مغناطیسی) با سرعت بهره برداری افزایش می یابد در حالی که سرعت واقعی توربین بادی با تعادل بین گشتاور محرک WT و گشتاور بار تعیین می شود. روتور شامل هادی(conductors) است که روی یک آرماتور پیچیده می شوند و به یک اسلیپ رینگ(split-slip ring) یا اتصال گردشی متصل هستند. توان الكتریكی از طریق برس هایی (brushes) به کموتاتور (commutators) که برای یک سوکردن برق(rectify) متناوب تولید شده به خروجی DC استفاده می شود، متصل می شود.
(ب) فن آوری های ژنراتور سنکرون AC تصویر
از زمان اولیه تولید توربین های بادی، تلاش های قابل توجهی برای استفاده از ماشین های سنکرون(همزمان) سه فاز انجام شده است. ژنراتور سنکرون AC می توانند تحریکات(excitations) ثابت یا DC را با آهن ربای دائمی یا مغناطیس الکتریکی(electromagnets) انجام دهند و از این رو به ترتیب از ژنراتورهای سنکرونمغناطیس دائمی (PMSG) و ژنراتورهای سنکرون تحریک الکتریکی (EESG) نام برده می شوند. هنگامی که روتور توسط توربین بادی حرکت می کند، یک توان سه فاز در سیم پیچ های استاتور تولید می شود که از طریق ترانسفورماتورها و مبدل های برق به شبکه متصل می شوند. برای ژنراتورهای سنکرون با سرعت ثابت(fixed speed)، سرعت روتور باید دقیقاً در سرعت سنکرون(synchronous speed) حفظ شود. در غیر این صورت همزمانی(سنکرون) از بین می رود.
علاوه بر این، ژنراتورهای توربین بادی سنکرون دارای اثر میرایی کم هستند به طوری که اجازه نمی دهند حالت گذرا های قطار محرک(drive train transients) به صورت الکتریکی جذب شوند. در نتیجه، آنها به یک عنصر میرایی اضافی (به عنوان مثال کوپلینگ(coupling) انعطاف پذیر در قطار محرک)، یا مونتاژ جعبه دنده نصب شده بر روی فنرها(springs) و دامپرها(dampers) نیاز دارند. وقتی آنها در شبکه برق ادغام می شوند، همگام سازی فرکانس آنها با شبکه، یک بهره برداری ظریف و دقیق را می طلبد.
غالباً از این ماشین ها به عنوان ژنراتور های سنکرون آهنربای دائمی (PMSG) یاد می شود و به عنوان ماشین انتخابی در ژنراتور توربین بادی کوچک در نظر گرفته می شود. ساختار ژنراتور نسبتاً ساده (straightforward) است. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، آهنرباها دائمی های ناهموار (rugged) بر روی روتور نصب می شوند تا یک میدان مغناطیسی ثابت تولید کنند و برق تولید شده با استفاده از کموتاتور، اسلیپ رینگ یا برس از آرماتور (استاتور) گرفته می شود و حتی در ژنراتور با استاتور بیرونی با اتصال سیمی ساده برق گرفته می شود. بعضی اوقات می توان PM ها را به منظور کاهش هزینه ها در یک روتور آلومینیومی ریخته گری استوانه ای ادغام کرد. اصول عملکرد ژنراتورهای مغناطیس دائمی مانند ژنراتورهای سنکرون است با این تفاوت که ژنراتورهای PM می توانند به صورت غیر همزمان(asynchronously) هم کار کنند. استفاده از PM ها سیم پیچ میدان(field winding) و تلفات برق مربوط به آن را برطرف می کند اما کنترل میدان را غیرممکن می کند و هزینه PM ها برای ماشین های بزرگ بسیار زیاد است.
از آنجا که سرعت واقعی باد متغیر است، PMSG نمی توانند برق با فرکانس ثابت تولید کنند. در نتیجه، آنها باید از طریق تبدیل AC-DC-AC توسط مبدل های برق به شبکه برق متصل شوند. یعنی برق متناوب تولید شده (با فرکانس و اندازه متغیر) ابتدا به DC ثابت یک سو می شود و سپس دوباره به برق AC (با فرکانس و اندازه ثابت) تبدیل می شود. همچنین استفاده از این ماشین های آهنربای دائمی برای کاربرد محرک مستقیم بسیار جذاب است. بدیهی است که در این حالت آنها می توانند گیربکس های دردسرساز را که باعث خرابی اکثر توربین های بادی می شوند، حذف کنند. دستگاه ها باید تعداد قطب های زیادی(تعداد قطب بیشتر به معنای دور نامی کمتر است) داشته باشند و از نظر فیزیکی بزرگتر از یک ماشین دنده ای با توان مشابه هستند.
یک نوع بالقوه از ژنراتورهای سنکرون، ژنراتور ابررسانای دمای بالا(high-temperature superconducting) است. سیستم ژنراتور سنکرون HTS چند مگاواتی و سرعت پایین در شکل زیر نشان داده شده است. این دستگاه شامل آهن پشت یا یوک (back iron) استاتور، سیم پیچ مس استاتور، سیم پیچ های میدان HTS ، هسته روتور(rotor core)، ساختار پشتیبانی روتور، سیستم خنک کننده روتور، کریوستات(cryostat) و یخچال خارجی، سپر الکترومغناطیسی(electromagnetic shield) و دمپر(damper)، بلبرینگ، شافت و پوسته (housing) است. در طراحی دستگاه، تنظیمات استاتور، روتور، خنک کننده و جعبه دنده ممکن است چالش های خاصی را ایجاد کند تا سیم پیچ های HTS را در شرایط بهره برداری دمای پایین نگه دارد.
(ج) ژنراتورهای آسنکرون AC
در حالی که تولید برق متداول از ماشین های سنکرون استفاده می کند، سیستم های مدرن انرژی باد از ماشین های القایی(induction machines) به طور گسترده ای در کاربردهای توربین بادی استفاده می کنند. این ژنراتورهای القایی به دو نوع تقسیم می شوند: ژنراتورهای القایی با سرعت ثابت fixed speed induction generators (FSIG)) با روتور قفس سنجابی (squirrel cage) که بعضی اوقات به آن ژنراتورهای القایی قفس سنجابی SQIG گفته می شود و ژنراتورهای القایی با تغذیه مضاعف (doubly-fed induction generators (DFIGs)) با روتورهای سیم پیچی(wound rotors). نمودارهای برش خورده از یک ژنراتور القایی قفس سنجابی و یک ژنراتور القایی با تغذیه مضاعف به ترتیب در شکل های زیر ارائه شده اند و توپولوژی سیستم آنها در شکل بعد بیشتر نشان داده شده است.
روتور قفس سنجابی و اسلیپ رینگ
هنگامی که با برق سه فاز متناوب به استاتور عرضه می شود، یک میدان مغناطیسی چرخان (rotating magnetic field) در سراسر فاصله هوایی(airgap) ایجاد می شود. اگر روتور با سرعتی متفاوت از سرعت سنکرون بچرخد، یک لغزش(slip) ایجاد می شود و مدار روتور انرژی می گیرد. به طور کلی، ماشین های القایی ساده، قابل اعتماد، ارزان و به خوبی توسعه یافته اند. آنها دارای درجه بالایی از میرایی(damping) هستند و قادر به جذب نوسانات سرعت روتور و انتقال گذرای قطار محرک (به عنوان مثال تحمل خطا(fault tolerant)) هستند. با این حال، ماشین های القایی توان راکتیو را از شبکه می گیرند و بنابراین نوعی جبران توان راکتیو مانند استفاده از خازن ها یا مبدل های برق مورد نیاز است. برای ژنراتورهای القایی با سرعت ثابت، استاتور از طریق یک ترانسفورماتور به شبکه و روتور از طریق یک جعبه دنده به توربین بادی متصل می شود. سرعت روتور ثابت در نظر گرفته می شود (در واقع، در یک محدوده باریک متفاوت است)
تصویر
(د) فن آوری ژنراتور رلاکتانس سوئیچی
ژنراتور رلاکتانس سوئیچی (Switched Reluctance Generator) با روتورهای برجسته(salient rotors) و استاتور مشخص می شوند. با چرخش روتور، رلاکتانس مدار مغناطیسی متصل کننده استاتور و روتور تغییر می کند و به نوبه خود باعث ایجاد جریاناتی در سیم پیچ روی آرماتور (استاتور) می شود. برای مشاهده شماتیک سیستم ژنراتور رلاکتانس سوئیچی به شکل زیر نگاه کنید.
روتور رلاکتانس از ورق های فولادی لایه ای (laminated) ساخته شده است و هیچ سیم پیچ میدان الکتریکی یا آهنربای دائمی ندارد. در نتیجه، ماشین رلاکتانس ساده است و ساخت و مونتاژ آسان دارد. یک ویژگی بارز، قابلیت اطمینان(reliability) بالای آنها است زیرا آنها می توانند در محیط های سخت یا دمای بالا کار کنند. از آنجا که گشتاور رلاکتانس فقط کسری از گشتاور الکتریکی است، روتور رلاکتانس سوئیچی به طور کلی بزرگتر از بقیه با تحریک های الکتریکی برای یک گشتاور نامی مشخص است. اگر ماشین های رلاکتانس با ویژگی های محرک مستقیم ترکیب شوند، دستگاه بسیار بزرگ و سنگین خواهد بود و باعث می شود در کاربردهای توربین بادی کمتر مطلوب باشند.
گیربکس(جعبه دنده) : از آنجائی که محور توربین دارای دور کم و گشتاور بالا و بر عکس آن محور ژنراتور دارای دور بالا و گشتاور کم است، سیستم انتقال قدرت باید به نحوی این دو محور را به یکدیگر متصل نماید.
سیستم یاو:
در توربین های بادی از سیستم یاو جهت حفظ موقعیت صحیح رتور نسبت به جهت ورزش باد به کار می رود. سیستم یاو از موتور الکتریکی یا هیدرولیکی بر روی ناسل قرار گرفته است. در سیستم یاو از یک ترمز به منظور نگه داشتن توربین در موقعیت مناسب و حفظ عملکرد طبیعی استفاده می شود.
ترمز :
در توربین های بادی با ظرفیت بسیار پایین ( ١ الی ۵ کیلووات) معمولاً از سیستم های ترمز کفشکی استفاده می شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها، نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربین های بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود.
سیستم کنترل:
برای بدست آوردن حداکثر راندمان از یک توربین بادی، باید بتوان همواره صفحه دوران توربین را عمود بر جهت وزش باد قرار داد. برای این منظور از سیستم هایی برای تغیر جهت توربین بادی و قرار دادن سیستم در مسیر باد استفاده می شود. این سیستم (yaw system) یک سیستم ترکیبی الکتریکی- مکانیکی است که هدایت آن توسط واحد کنترل انجام می شود. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (yaw system) از بالچه استفاده می کنند. همچنین سیستم هایی جهت کنترل و تنظیم سرعت دورانی در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند. چنین سیستم هایی علاوه بر کنترل دور روتور، مقدار قدرت تولیدی و نیروهای وارده بر روتور در بادهای شدید را نیز محدود می کنند.
سیستم هیدرولیک:
سیستم های هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود. جک هیدرولیکی از یک سیلندر و پیستون دو طرفه تشکیل شده است و با انتقال سیال به هر ناحیه از آن، جک به سمت مخالف حرکت می کند. یونیت هیدرولیکی از الکتروموتور، پمپ، مخزن تامین فشار اولیه، شیرهای هیدرولیکی، شیلنگ های انتقال سیال به دو ناحیه داخل سیلندر جک، مخزن روغن، روغن مخصوص و تجهیزات جنبی تشکیل شده است. پس از دریافت فرمان، پمپ مقداری روغن را از داخل مخزن به محفظه جلو یا عقب سیلندر جک پمپ می کند تا جک بتواند به مقدار مورد نیاز محور تراورس را در جهت مورد نیاز حرکت دهد. محور تراورس محوری است که از سوراخ داخل شفت اصلی عبور می کند و یک سمت آن با جک هیدرولیکی و طرف دیگر آن با مکانیزم مثلثی واقع درون هاب مرتبط است. وظیفه این محور انتقال حرکت جک هیدرولیکی و در واقع فرمان کنترلر به مکانیزم مثلثی است که باعث چرخش پره ها می گردد. مکانیزم مثلثی درون هاب باعث تبدیل حرکت انتقالی محور تراورس به حرکت چرخشی و در نتیجه چرخش پره ها به دور محورشان می گردد...I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering
تصویر
smile072 smile072 رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا
آخرین ویرایش توسط rohamavation جمعه ۱۴۰۱/۷/۸ - ۱۷:۴۰, ویرایش شده کلا 1 بار
تصویر

kitmofar

نام: محمد

عضویت : پنج‌شنبه ۱۴۰۱/۶/۳۱ - ۲۱:۴۸


پست: 3



جنسیت:

Re: تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط kitmofar »

@rohamjpl
ممنون💐🌹
الان به نظر شما با این تفاسیر در یک کلام آیا امکان دریافت انرژی بیشتر در خروجی هست یا نه

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2397

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

Re: تولید انرژی برق بیشتر باقدرت گیربکس

پست توسط rohamavation »

شما باید مفاهیم اصلی رو بفهمی در یک کلام خیر عزیزم مفاهیم اساسی راندمان موتور الکتریکی
موتورهای الکتریکی ماشین های الکترومکانیکی هستند که انرژی الکتریکی را از طریق یک محور چرخان به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. با وجود تفاوت در اندازه و نوع، اکثر موتورهای الکتریکی بر اساس یک اصل اساسی کار می کنند: یک جریان الکتریکی که از طریق سیم پیچ سیم در یک میدان مغناطیسی (استاتور) جریان می یابد، نیرویی ایجاد می کند که سیم پیچ (روتور) را می چرخاند، بنابراین گشتاور (شفت چرخان) ایجاد می کند. ).
راندمان موتور نسبتی است از میزان خوبی که موتور انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند و با تقسیم توان الکتریکی وارد شده به موتور بر توان مکانیکی تولید شده از موتور محاسبه می شود. سپس خروجی توان مکانیکی بر اساس گشتاور و سرعت زاویه‌ای محاسبه می‌شود و توان الکتریکی ورودی بر اساس ولتاژ و جریانی که به موتور عرضه می‌شود محاسبه می‌شود. توان مکانیکی خروجی همیشه کمتر از توان الکتریکی ورودی است، زیرا انرژی در طی فرآیند تبدیل به اشکال مختلف مانند گرما، اصطکاک، تلفات اهمی و نویز از دست می‌رود.
صرف نظر از نوع موتور، تلفات توصیف شده را نمی توان به طور کامل طراحی کرد. با این حال، درک تلفات بازده موتور اهمیت دارد زیرا واحدهای کارآمد کمتر منجر به هزینه‌های عملیاتی بالاتر در طول عمر موتور می‌شوند.
توان خروجی موتور الکتریکی
همانطور که در بالا توضیح داده شد، موتورهای الکتریکی انرژی الکتریکی را به کار مکانیکی تبدیل می کنند. دو متغیر مهم توانایی های مکانیکی موتور را تعیین می کنند: سرعت زاویه ای و گشتاور. توان مکانیکی موتور را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:
$P_mech = P_out = τ * ω$
جایی که
$P_out:$ توان خروجی، اندازه گیری شده در وات (W)؛
τ: گشتاور، بر حسب نیوتن متر (N•m) یا فوت پوند (ft/lbs) اندازه گیری می شود.
ω: سرعت زاویه ای که بر حسب رادیان بر ثانیه (راد بر ثانیه) اندازه گیری می شود.
اگر سرعت چرخش موتور را بر حسب دور در دقیقه (دور در دقیقه) بدانید، محاسبه سرعت زاویه ای آسان است:
ω = دور در دقیقه
جایی کهω: سرعت زاویه ای، اندازه گیری شده بر حسب رادیان در ثانیه (rad/s)؛
.توان الکتریکی مصرفی موتور با رابطه زیر تعریف می شود:
$Pelet = Pin = I * V$
جایی که
$Pin:$: توان ورودی، اندازه گیری شده در وات (W)؛
I: جریان، اندازه گیری شده در آمپر (A)؛
V: ولتاژ اعمال شده، اندازه گیری شده در ولت (V).
راندمان موتور به صورت توان خروجی مکانیکی تقسیم بر توان ورودی الکتریکی محاسبه می شود:
$Motor Efficiency = Pmech / Pelet = Pout / Pin$
اگر موتور 100% راندمان داشته باشد تمام توان الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود (Pin = Pout). با این حال چنین موتورهایی وجود ندارند. حتی موتورهای صنعتی کوچک ساخته شده با دقت حداکثر بازدهی 50-60 درصد دارند.
من با کتاب . چزوات اجزا ماشین شیگلی (فصل 14 : چرخ دنده های ساده و حلزونی فصل 15 : چرخ دنده های مارپیچی و مخروطی)و توربو ماشینها دیکسون جوابتو کامل میدم
راندمان چرخ دنده سیاره ای برای بار متغیر
فرض (از دیتاشیت):من مشخصات زیرو داشته باشه
$n=12:1$و3 مرحله
$C_\max=7.5 \mathrm{Nm}$
$\eta_\max=\eta(C_\max)=0.81$
Maxon دقیق می گوید که راندمان به گشتاور اعمال شده بستگی دارد اما مستقل است اما تحت تأثیر سرعت موتور قرار نمی گیرد. آنها یک منحنی شماتیک می دهند: efficiency_curveتصویر
اگر فرض کنم که تلفات فقط از اصطکاک خشک حاصل می شود، متوجه می شوم:تصویر
$\eta(C)=\frac{C-C_{frict}}{C}$
$\eta_\max=\frac{C_\max-C_{frict}}{C_\max} \Rightarrow C_{frict}=C_\max(1-\eta_\max)=1,425 \mathrm{Nm}$
متأسفانه این معادلات راندمان غیرواقعی پایینی برای گشتاور کم اعمال می شود:
کارایی چرخ دنده های سیاره ای
معمول است که توان از دست رفته در مش بندی دو دنده را به عنوان محاسبه کنند
$\begin{equation*}
P_{out}=E_0 \cdot P_{in}
\end{equation*}$که در آن پین نیروی ورودی به جفت دنده است، Pout توانی است که می‌تواند در پایین دست منتقل شود و E0 را «بازده پایه» می‌گویند. بیشتر نیرو در جفت چرخ دنده از طریق مالش (اصطکاک) دندانه های چرخ دنده هنگام انتقال حرکت از بین می رود، اگرچه مقداری نیز به دلیل اصطکاک در یاتاقان ها از بین می رود. راندمان یک جفت چرخ دنده را می توان به صورت محاسبه کرد
$E_0=1-L$که در آن L اتلاف توان است، همانطور که در نمودار زیر تخمین زده شده است. نمودار تخمین اولیه اتلاف توان در یک جفت دنده معین را ارائه می دهد و قوانین ارائه شده در بخش بعدیمی تواند به اصلاح این تخمین کمک کند.
اگر یک چرخ دنده از بیش از یک جفت تشکیل شده باشد، بازده هر دو جفت برای به دست آوردن راندمان کلی ضرب می شود. بنابراین، برای یک چرخ دنده مرکب با دو جفت، بازده کلی است$E_0=E_1 E_2$
$E_0=(1-L_1)(1-L_2)$و$E_0=1-L_1-L_2+L_1L_2$
بسط این معادله می دهد
$E_0=1-L_1-L_2-...-L_n$
تلفات برای هر جفت دنده فردی بسیار کوچک است، معمولاً حدود 2٪ یا کمتر. بنابراین، عبارت L1L2 (که در مرتبه 0.0004 است) معمولاً نسبت به سایر شرایط ضرر (در مرتبه 0.02) ناچیز است و ممکن است با خیال راحت آن را حذف کنیم. بنابراین، یک تقریب خوب برای کارایی یک چرخ دنده مرکب است$E_0=1-L_1-L_2-...-L_n$
چند قانون ساده برای تقریب کارایی یک چرخ دنده مرکب کافی است.
قوانین محاسبه تلفات توان یک جفت چرخ دنده
1 برای چرخ دنده های خار خارجی مقادیر L را از جدول بالا بگیرید
2برای یک چرخ دنده داخلی که با یک چرخ دنده خار خارجی جفت شده است، مقدار L را با معادله زیر تغییر دهید.
$L_{int}=\frac{R-1}{R+1} L_{ext}$
که در آن R تعداد دندانه های دنده بزرگ تقسیم بر تعداد دندانه های دنده کوچک است.
3 برای چرخ دنده های مارپیچ مقدار L داده شده توسط نمودار باید در 0.8 cos λ ضرب شود که λ زاویه مارپیچ است. اگر یکی از چرخ دنده های مارپیچ داخلی باشد، باید L را مطابق قانون 2 در بالا اصلاح کنیم.
4 برای چرخ دنده های مخروطی تعداد دندانه های هر چرخ باید در ثانیه θ ضرب شود که θ زاویه گام-مخروط است. این مقادیر جدید برای تعداد دندان ها در نمودار برای یافتن L استفاده می شود.
با نگاهی به قانون 2 در جدول بالا می بینیم که یک جفت دنده داخلی تلفات کمتری نسبت به جفت دنده خارجی خواهد داشت، اگر نسبت دنده R کوچک باشد. به همین دلیل است که چرخ دنده های سیاره ای معمولاً از چرخ دنده های داخلی در طراحی خود استفاده می کنند.
راندمان یک جفت چرخ دنده خار خارجی را در جایی که پینیون 16 دندانه و چرخ دنده 32 دندانه دارد، محاسبه کنید. اگر دنده 32 دندانه داخلی است، محاسبه را تکرار کنید.
پاسخ
می بینیم که تلفات توان برای جفت دنده خارجی 0.018 یا 1.8٪ است. برای جفت داخلی ما R = 2 داریم، به طوری که
تلفات گیربکس داخلی 1/3 گیربکس خارجی است!$\begin{align*}
L_{int}&=\frac{R-1}{R+1} L_{ext}\\
L_{int}&=\frac{2-1}{2+1} 0.018\\
L_{int}&=0.006
\end{align*}$
کارایی چرخ دنده سیاره ای
بخش فوق وسیله ای برای تقریب کارایی خود چرخ دنده های خار ارائه کرد. اکنون توجه خود را به یافتن کارایی کلی مجموعه دنده سیاره ای معطوف می کنم
اولین گام در محاسبه بازده کلی این است که (مانند قبل) بازو را ثابت نگه دارید و بازده پایه، E0 مجموعه دنده را محاسبه کنید. این راندمان اساسی باید برای محاسبه حرکت بازو اصلاح شود. همانطور که خواهیم دید، طراحی یک گیربکس سیاره ای با راندمان بالاتر از E0 امکان پذیر است، اگرچه می توان یک گیربکس سیاره ای با راندمان پایینی نیز طراحی کرد که آن را بی فایده کرد!
سرعت های مطلق در مقابل نسبی
ما با ذکر این نکته شروع می کنیم که تمام تلفات توان ناشی از اصطکاک به دلیل حرکت نسبت به بازو در مجموعه دنده اتفاق می افتد. یعنی تلفات اصطکاکی تنها زمانی رخ می دهد که دندانه های چرخ دنده به یکدیگر ساییده شوند. اگر بخواهیم کل گیربکس را به صورت یک واحد صلب بچرخانیم، اتلاف توان صفر خواهد بود، زیرا دندانه‌های چرخ دنده با یکدیگر داخل و خارج نمی‌شوند. بنابراین، اجازه دهید دو متغیر سرعت زاویه ای جدید را تعریف کنیم:
$\begin{equation}
\beta_f=\omega_f-\omega_a\\
\end{equation}$
$\begin{equation}
\beta_s=\omega_s-\omega_a\\
\end{equation}$
اینها سرعت های زاویه ای شفت f و شفت s نسبت به بازو هستند. تلفات توان ناشی از اصطکاک تنها زمانی رخ می دهد که اینها غیر صفر باشند. چرخاندن کل گیربکس به عنوان یک بدنه سفت باعث می شود
$\omega_f=\omega_s=\omega_a$
که می سازد
$\beta_f=\beta_s=0$
بنابراین، تمام تلفات توان اصطکاکی متناسب با سرعت های زاویه ای نسبی، βf و βs هستند و نه سرعت های زاویه ای مطلق، ωf، ωs و ωa.تعادل قدرت در مجموعه دنده سیاره ای
اکنون معادله تعادل قدرت را برای مجموعه دنده سیاره ای استخراج می کنیم.
از این معادله (همراه با چند معادله دیگر) برای استخراج عبارات کارایی استفاده کنید. به یاد بیاورید که توان انتقال یافته توسط شفت حاصل ضرب گشتاور و سرعت زاویه ای است
$P=T\omega$
برای شروع استخراج، گشتاورهای وارد شده به گیربکس را اضافه کنید:
$\begin{equation}
T_f+T_s+T_a=0\\
\end{equation}$
در عبارت بالا، واضح است که همه گشتاورها نمی توانند مثبت (یا منفی) باشند. اگر گشتاور روی شفت همان علامت سرعت زاویه‌ای آن را داشته باشد، آنگاه استنباط می‌کنیم که محور معمولاً توسط یک موتور به حرکت در می‌آید. برعکس، اگر گشتاور دارای علامت مخالف به عنوان سرعت زاویه ای باشد، فرض می کنیم که شفت در حال حرکت بار است.
گشتاور و سرعت علامت یکسانی دارند ← قدرت > 0 → شفت توسط موتور به حرکت در می آید
گشتاور و سرعت دارای علامت مخالف هستند ← قدرت < 0 → شفت در حال حرکت بار است
بقا در انرژی حکم می کند که قدرت خروجی از گیربکس باید با نیروی ورودی به گیربکس یکسان باشد (در حال حاضر با فرض بازده 100٪).$\begin{equation}
P_f+P_s+P_a=0\\
\end{equation}$
گشتاور و سرعت زاویه ای را برای هر شفت جایگزین کنید:
$\begin{equation}
T_f\omega_f+T_s\omega_s+T_a\omega_a=0\\
\end{equation}$
اما تلفات توان فقط با سرعت های زاویه ای نسبی متناسب است، بنابراین عبارات موجود در معادلات 1 و 2 را جایگزین کنید تا به دست آورید.$T_f(\beta_f+\omega_a)+T_s(\beta_s+\omega_a)+T_a\omega_a=0$
کمی تغییر ترتیب دهید
$T_f\beta_f+T_s\beta_s+(T_f+T_s+T_a)\omega_a=0$
اما مجموع هر سه گشتاور صفر است، همانطور که در رابطه (3) نشان داده شده است
$\begin{equation}
T_f\beta_f+T_s\beta_s=0\\
\end{equation}$
اولین عبارت در عبارت فوق توان مصرف شده توسط شفت سریعتر است و عبارت دوم توان مصرف شده توسط شفت کندتر را نشان می دهد. تا به حال ما کارایی 100% را در گیربکس فرض کرده ایم. برای اینکه تحلیل واقع بینانه باشد، باید دو مورد را تعریف کنیم:

نیرو از طریق شفت سریع وارد می شود    $E_0T_f\beta_f+T_s\beta_s=0$
نیرو از طریق شفت آهسته وارد می شود    $T_f\beta_f+E_0T_s\beta_s=0$
در هر عبارت، تنها کسری از توان شفت محرک در دسترس شفت رانده است.
کارایی دنده سیاره ای ساده
. به یاد بیاورید که چرخ دنده خورشیدی دارای 32 دندانه، سیاره دارای 16 دندان و حلقه دارای 64 دندان است. ما قبلاً تعیین کردیم که دنده سریعتر خورشید و دنده کندتر حلقه است و نسبت پایه برابر است با
b=-2فرض کنید که راندمان پایه خورشید/سیاره/حلقه 95% است و چرخ دنده خورشیدی با سرعت 100 دور در دقیقه cw حرکت می کند و بار 50 پوند بر اینچ بر روی حلقه اعمال می شود. در این مثال، بازو ثابت نگه داشته می شود. چقدر نیرو برای راندن دنده خورشیدی لازم است؟
پاسخ
از آنجایی که بازو ثابت نگه داشته شده است، ما باید
$\beta_f=\omega_f$
$\beta_s=\omega_s$
نیرو از طریق چرخ دنده خورشیدی (سریع) وارد می شود و به چرخ دنده حلقه ای (آهسته) منتقل می شود، بنابراین می توانیم از اولین عبارات کارایی بالا استفاده کنیم.
$E_0T_f\beta_f+T_s\beta_s=0$
یا$E_0T_f\omega_f+T_s\omega_s=0$
حل برای قدرت رحرکت دنده سریع می دهد
$P_f=T_f\omega_f=-\frac{T_s\omega_s}{E_0}$
اگر چرخ دنده خورشیدی با سرعت 100 دور در دقیقه cw بچرخد، چرخ دنده حلقوی در
$\omega_s=\frac{\omega_f}{b}=\frac{100}{-2}=-50\text{rpm}$
از آنجایی که گشتاور روی چرخ دنده حلقه ای یک بار است، فرض می کنیم که به معنای مخالف چرخ دنده حلقه ای عمل می کند. بدین ترتیب$T_s=50\text{lbf} \cdot \text{in}$
جایگزین کردن این به عبارت قدرت بالا می دهد
$P_f=-\frac{\omega_sT_s}{E_0}=275.6\frac{\text{lbf} \cdot \text{in}}{\text{sec}}$
این مثال نسبتاً ساده بود، زیرا (با بازوی ثابت) چرخ دنده مانند یک چرخ دنده معمولی و غیر اپی سیکلیک رفتار می کند. در مثال بعدی اجازه می دهیم بازو بچرخد.
مثال 3: کارایی مجموعه دنده سیاره ای ساده
برای این مثال، اجازه دهید ورودی دنده خورشیدی، خروجی بازو باشد، و بگذارید حلقه ثابت شود. بار روی بازو 50 پوند بر اینچ است و خورشید با سرعت 100 دور در دقیقه می چرخد. اگر راندمان پایه 95 درصد باشد، بازده چرخ دنده سیاره ای در راندن بار چقدر است؟
پاسخ
مانند قبل، دنده "سریع" چرخ دنده خورشیدی و چرخ دنده "آهسته" حلقه است. قبل از شروع، ارزیابی مقادیر شناخته شده و ناشناخته در این مشکل مفید است:
شناخته شده: $T_a, E_0, b, \omega_s=\omega_{ring}, \omega_f=\omega_{sun}$
ناشناخته: $T_f = T_{sun}, T_s = T_{ring}, \omega_a$
تعریف کارایی کلی است
$E=\left|{\frac{P_{out}}{P_{in}}}\right|=\left|{\frac{T_{out}\omega_{out}}{T_{in}\omega_{in}}}\right|
=\left|{\frac{T_a\omega_a}{T_f\omega_f}}\right|$
که در این حالت ورودی دنده خورشیدی و خروجی بازو است. ابتدا، اجازه دهید سرعت بازو را با استفاده از معادله اصلی سینماتیک برای مجموعه دنده سیاره ای پیدا کنیم.
$\omega_a=\frac{\omega_f-b\omega_s}{1-b}$
جایی که$\omega_s = 0\text{rpm}$
$\omega_f = 100\text{rpm}$
دور در دقیقه
از آنجایی که گشتاور بار باید علامت مخالف سرعت شفت را داشته باشد، می گیریم
$T_a=-50\text{lbf} \cdot \text{in}$
توان مصرفی در راندن بار با بازو می باشد
$P_{out}=T_a\omega_a=-174.51\frac{\text{lbf} \cdot \text{in}}{\text{sec}}$
برای محاسبه تلفات قدرت در گیربکس، از عبارت بازده داده شده در مورد 1 استفاده می کنیم
$E_0T_f\beta_f+T_s\beta_s=0$
$\beta_f=\omega_f-\omega_a=100-33.33=66.66\text{rpm}$
$\beta_s=\omega_s-\omega_a=0-33.33=-33.33\text{rpm}$
ما هنوز گشتاور روی حلقه یا خورشید را نمی دانیم، اما می توانیم از این واقعیت استفاده کنیم که گشتاورها باید با صفر جمع شوند تا بیانی برای Ts پیدا کنیم.$T_s=-T_f-T_a$
جایگزین کردن این به بیان کارایی و حل Tf می دهد
$T_f=\frac{T_a\beta_s}{E_0\beta_f-\beta_s}=\frac{-50\cdot(-33.33)}{0.95\cdot66.66-(-33.33)}=17.24\text{lbf}
\cdot\text{in}$
راندمان کلی پس از آن است
$E=\left|\frac{T_a\omega_a}{T_f\omega_f}\right|=\left|\frac{-50\cdot33.33}{17.24\cdot100}\right|=96.7\%$

در مواردی که نسبت پایه بزرگتر از 1 است و دومی همان مقادیر را برای نسبت پایه کمتر از -1 می دهد. در تمام موارد، شفت ورودی به عنوان محوری تعریف می‌شود که در آن گشتاور و سرعت علامت یکسانی دارند و شفت خروجی شفتی است که در آن گشتاور و سرعت علامت مخالف دارند.

خوب از کتاب دیگرم مثالی میزنم آیا موتور ترنت 900 قابلیت چرخش فن اضافی یا بیشتر را دارد؟
با توجه به اینکه مدرن‌ترین فن‌های توربو دنده‌ای چرخش فن را پایین می‌آورند، که اساساً به معنای نیاز به گشتاور یا قدرت اسب کمتری برای چرخاندن فن‌ها است. اگر دنده پایین در قدر (10:1) باشد (اگر اشتباه می کنم تصحیح کنید) و موتورهای مشابه می توانستند فن ها را با سرعت بالاتری بدون دنده بچرخانند، اگر موتور چند فن بیشتر می تواند بچرخد. تغییر یک میل پروانه اضافی برای چرخاندن سایر فن ها، زیرا یک جعبه دنده وجود دارد. اگر اصلا امکان پذیر بود، فن های 1،2،3 و 4 اضافی چقدر روی مصرف سوخت تاثیر می گذاشت؟
یک توربوفن دنده ای می تواند فن متفاوتی را با سرعت متفاوتی نسبت به موتورهای غیر دنده ای مشابه بچرخاند. اما یک توربوفن دنده ای این توانایی را ندارد که فن های اضافی را در همان دور در دقیقه بچرخاند، یا همان فن را سریعتر از یک توربوفن دنده ای بچرخاند (اگر این همان چیزی است که می خواهید؟). آنچه برای فشرده سازی هوا (با چرخاندن فن) مورد نیاز است، نیروی شفت است. سطح قدرت ارائه شده توسط توربین با افزودن گیربکس افزایش نمی یابد. در واقع، گیربکس اصطکاک و در نتیجه ناکارآمدی مکانیکی را اضافه می کند، بنابراین سطح قدرتی که برای فن در دسترس است در یک توربوفن دنده ای کاهش می یابد.

HP = گشتاور (بر حسب فوت پوند) x RPM ÷ 5252

گیربکسی که دور در دقیقه را کاهش می دهد، گشتاور را افزایش می دهد، اما به دلیل ناکارآمدی های غیرقابل پیش بینی، با کاهش اندکی قدرت.

سوال شما به آرامی و به طرز گیج کننده ای نوشته شده است، اما به نظر می رسد ترنت 900 یک توربوفن دنده ای است که اینطور نیست. ترنت یک موتور 3 قرقره ای است و اولین موتور از خانواده ترنت با یک قرقره چرخش شمارنده HP است.

تنها توربوفن بزرگ دنده ای که در حال حاضر استفاده می شود، خانواده PW1000G P&W است. (نظر زیر را در مورد دو موتور توربین دنده ای کوچکتر ببینید). این از گیربکس طراحی ستاره ای برای انتقال 30000 اسب بخار در نسبت 3:1 استفاده می کند. PW1100G، بزرگترین موتور این خانواده، دارای نسبت بای پس 12.5:1 و حداکثر نیروی رانش 35000 پوندی است. در مقایسه، رولز رویس در حال توسعه "UltraFan" خود است و انتظار می رود از جعبه دنده طراحی سیاره ای برای انتقال 70،000 استفاده کند. اسب بخار با نسبت 4:1. آنها امیدوارند که در نهایت به نسبت بای پس 15:1 و نسبت فشار کلی 70:1 برسند. گفته می شود که نیروی رانش UltraFan در محدوده 25000 تا 110000 پوند است، بنابراین به نظر می رسد که موتور بسیار بزرگتر توربوفن دنده ای P&W باشد.
گیربکس سیاره ای
افت قدرت در گیربکس بیشتر به دلیل اصطکاک است که گرما ایجاد می کند. در گیربکس های مینیاتوری، گرما مشکل چندانی ندارد زیرا تلفات توان و مقادیر مطلق توان درگیر نسبتاً کم است. با این حال، در گیربکس‌های بزرگ که معمولاً به خنک‌کننده‌های روغنی نیاز دارند تا گرمای ناشی از ناکارآمدی‌ها را از بین ببرند، این مسئله بسیار بیشتر است.
بنابراین، راندمان گیربکس به اصطکاک بستگی دارد. این به نوبه خود به کیفیت چرخ دنده، تعداد درگیری های دندانه (چند بار چرخاندن یک چرخ دیگر) و گشتاور بار (چقدر "لحظه" گیربکس باید تحویل دهد) بستگی دارد.
که یک چرخ دنده، نوع مورد استفاده در توربوفن های دنده ای، دارای راندمان انتقال مکانیکی حدود 98 تا 99 درصد است. اگر به تصویر پایین اوردم متوجه 8 نقطه می‌شوید که چرخ دنده‌ها مشبک می‌شوند و کارایی در نقطه تماس هر یک از بین می‌رود، بنابراین باید به حداقل برسد.
تصویر
محاسبه گشتاور خروجی یک سیستم چرخ دنده دو ورودی
برای یک سیستم چرخ دنده سیاره ای ساده با یک شفت ورودی منفرد با گشتاور شناخته شده، گشتاورهای خروجی دو شفت دیگر را می توان با استفاده از معادلات زیر (برای یک سیستم حالت پایدار) محاسبه کرداگر منظور شما از "وضعیت پایدار" است که شفت خروجی نمی چرخد، اگر گشتاورهای اعمال شده از بین بروند، درست می گویید.

به عنوان مثال، اگر شفت خورشید خروجی مورد نظر شما با چرخ دنده حلقه و حامل به عنوان ورودی، در یک جهت چرخش باشد، گشتاور خالص خواهد بود (Tr x Ns/Nr)-(Tc x Ns/(Nr+Ns) ). گشتاور خروجی مجموع گشتاورهای ورودی ضرب در نسبت دندانه های مربوطه آنهاست.

رابطه بین گشتاورهای ورودی و خروجی برای یک ماشین دنده ای
این دستگاه هیچ منبع انرژی در داخل ندارد که ممکن است آنچه ورودی را بزرگ‌نمایی کند، بنابراین حداکثر کاری که می‌توانید از آن انجام دهید برابر با کاری است که انجام می‌دهید. این به سادگی بیانیه‌ای از بقای انرژی است: بیشتر از چیزی که گذاشتی بیرون
کار انجام شده توسط یک شفت دوار، گشتاور روی شفت برابر زاویه ای است که از طریق آن می چرخد. با فرض عدم تلفات انرژی در اثر اصطکاک:تصویر
کار در = کار کردن
گشتاور ورودی x زاویه ورودی = گشتاور خروجی x زاویه خروجی
پس چرا از گیربکس استفاده میکنیم خوب بازم بهتون میگم
مزایای گیربکس سیاره ای
چگالی توان بالا - چگالی توان مقدار توان (نرخ زمانی انتقال انرژی) در واحد حجم است. در مورد چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای، بار به جای چرخدنده تک مانند سایر انواع چرخ‌دنده، توسط چندین سیاره تقسیم می‌شود، سیارات بیشتر سهم بار و چگالی توان بیشتری دارند. در نتیجه گیربکس سیاره ای چگالی توان بالایی را در مقایسه با گیربکس های محور موازی استاندارد ارائه می دهد. کاهش به دلیل حجم بالای چرخ دنده های سیاره ای، ترکیب های چندگانه سینماتیکی، واکنش های پیچشی محض و محورهای کواکسیال پارامترهای اصلی برای چگالی توان بالای چرخ دنده های سیاره ای هستند.

اندازه جمع و جور: به دلیل چگالی توان بالا و آرایش شفت کواکسیال، گیربکس های سیاره ای فشرده تر هستند. در مورد سیستم چرخ دنده سیاره ای، عضو محرک و عضو محرک متحدالمرکز هستند و بنابراین می توان تجهیزات رانندگی و رانش را در یک خط نصب کرد که باعث صرفه جویی در فضا می شود. استفاده بیشتر از چرخ دنده های سیاره ای به دستیابی به نسبت دنده های بالا در فضای کوچک کمک می کند. به همین دلیل گیربکس های سیاره ای برای کاربردهایی که نیاز به کاهش سرعت بالا در فضای فشرده دارند مناسب تر هستند.

وزن سبک: چگالی توان بالا و اندازه جمع و جور منجر به وزن بسیار سبک می شود، به همین دلیل برای یک نسبت دنده یا گشتاور، گیربکس سیاره ای در مقایسه با سایر انواع سنتی (شفت موازی) سبک تر است.

راندمان بالا: تلفات توان کمتر (تا 3 درصد در هر مرحله) منجر به راندمان بالای گیربکس های سیاره ای می شود. آرایش چرخ دنده‌های سیاره‌ای تمایل به انتقال حداکثر انرژی ورودی به خروجی مورد نظر دارد، به همین دلیل می‌توان بازدهی تا 97 درصد را برای مرحله اول گیربکس سیاره‌ای به دست آورد.

کاهش دنده بالاتر (در فضای کوچک): در گیربکس سیاره ای، درایو از طریق محرک اصلی به خورشید داده می شود. سپس چرخ دنده خورشیدی چرخ دنده های سیاره ای مونتاژ شده در چرخ دنده حلقه ای خارجی را که ثابت است به حرکت در می آورد. کل مجموعه چرخ دنده های سیاره ای در امتداد محور خود و در امتداد چرخ دنده حلقه ای که شفت خروجی به حامل سیاره ای متصل است می چرخد. بنابراین با افزایش تعداد چرخ دنده های سیاره ای که در یک چرخ دنده حلقه ای کار می کنند، نسبت کاهش بسیار بالایی در فضای کوچک حاصل می شود.

ظرفیت انتقال گشتاور بالا: از آنجایی که بار در جعبه دنده سیاره ای بین سیارات متعدد تقسیم می شود. بنابراین ظرفیت انتقال گشتاور گیربکس سیاره ای بسیار بالاست. ظرفیت انتقال گشتاور را می توان با افزایش تعداد چرخ دنده های سیاره ای به میزان قابل توجهی افزایش داد.
بسیار پایدار: جعبه دنده سیاره ای به دلیل توزیع یکنواخت جرم و افزایش سفتی چرخشی بسیار پایدار است. گشتاور اعمال شده به صورت شعاعی بر روی چرخ دنده های یک جعبه دنده سیاره ای به صورت شعاعی توسط چرخ دنده بدون فشار جانبی روی دندانه های چرخ دنده منتقل می شود.
عمر طولانی تر: روش حرکت جعبه دنده سیاره ای با گیربکس موازی سنتی متفاوت است. چرخ دنده های سنتی برای انتقال نیروی محرکه به تعداد کمی از نقاط تماس بین دو دنده متکی هستند. در این حالت، تمام بار روی چند سطح تماس متمرکز می شود و باعث می شود چرخ دنده ها به سرعت سایش و گاهی ترک بخورند. اما چرخ دنده های سیاره ای دارای سطوح تماس با چرخ دنده های متعدد با مساحت بزرگتر هستند که می توانند بار را به طور مساوی در اطراف محور مرکزی توزیع کنند. چندین سطح دنده بار را به اشتراک می گذارند، از جمله هر بار ضربه ای آنی، به طور مساوی، که آنها را در برابر آسیب های ناشی از گشتاور بالاتر مقاوم تر می کند. با اعمال گشتاور، توزیع یکسان گشتاور بین پینیون خورشید و سیارات آن صورت می گیرد. با عدم وجود هر گونه بلبرینگ پینیون، پینیون آزاد است و با بار اعمال شده بلافاصله خود را روی دایره گام متمرکز می کند و در نتیجه به اشتراک گذاری بار برابر بین سیارات منجر می شود. برای اطمینان از اینکه بار به طور مساوی به حلقه یا چرخ دنده حلقه ای منتقل می شود، حامل سیاره در طراحی و ساختار سفت است و در نتیجه انحرافات الاستیک را از طریق پین های یاتاقان سیاره به حداقل می رساند. دندانه های چرخ دنده هیچ نیروی محوری بر روی عناصر چرخ دنده ایجاد نمی کند. به این ترتیب گیربکس سیاره ای در مقایسه با گیربکس سنتی برای بارهای مشابه عمر چرخ دنده بیشتری دارد...I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering
تصویر
smile072 smile072 رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست