Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Плюсы и минусы электрических двигателей

Плюсы и минусы электрических двигателей

Тема производства экономичных двигателей возникла практически сразу после изобретения машин, работающих от электрического тока. В процессе прохождения выставки электротехнических устройств, проведенной в 1891 в г. Франкфурт-на-Майне, Чарльзом Брауном был продемонстрирован электрический генератор, имеющий КПД около 95%. Асинхронный двигатель, который продемонстрировал Михаил Доливо-Добровольский, также выдал КПД 95%. С того времени параметры этих устройств были повышены не более чем на 1-2 процента.

Наиболее востребованными электрические двигатели предлагаемые на сайте ELMO стали в 70х годах, при возникшей нехватке нефтепродуктов. На практике оказалось, что экономия топлива стоила намного меньше, нежели ее добыча. Вложения денежных средств в энергосберегающие программы увеличились в разы. Многие организации и страны начали выдачу специальных грантов, предназначенных для развития программ энергосбережения.

Проанализировав мировое потребление электрической энергии, выяснилось, что более половины всей энергии, производимой в мире, потребляют именно электрические двигатели. По этой причине их доработкой и улучшением занимаются все компании, работающие в этой отрасли.

Двигатели с функцией энергосбережения

Эти модели представляют собой устройства, с КПД на порядок больше, чем у простых двигателей подобного рода. В больших двигателях с функцией энергосбережения, эта разница невелика, в пределах 1-2%. В остальных типах она выше, и держится на уровне 7-10%.

КПД электродвигателей, выпущенных компанией Siemens.

Повышение уровня КПД становится возможным при соблюдении следующих условий:

  • Повышение содержания активных материалов, а именно медных и стальных деталей
  • Применение специальной стали для производства электротехнических изделий, с уменьшенной толщиной.
  • В обмотках роторов ранее применяемый алюминий заменен на медь.
  • В статоре уменьшается воздушная прослойка, при помощи предназначенных для этого устройств.
  • Установка подшипников с повышенным качеством.
  • Установка специальных вентиляторов.

Согласно имеющимся данным, около 2% от затрат за весь период его работы приходится на цену самого двигателя. Например, при работе двигателя на протяжении 4 тысяч часов каждый год в течение 10 лет, затраты на потребляемую электроэнергию составляют около 97% от общего количества. Около 1% процента уходит на техническое обслуживание и монтажные работы. То есть повышение этого параметра на 2% дает возможность покрытия увеличения его стоимости уже через 3 года.

Преимущества перехода к использованию электрического двигателя:

  • Увеличение коэффициента полезного действия двигателя от 1 до 10 %.
  • Уменьшение количества поломок.
  • Уменьшение расходов на техническое обслуживание.
  • Повышение уровня устойчивости к нагрузкам, сопровождающихся перегревом.
  • Увеличить стойкость к повышенным нагрузками.
  • Увеличить стойкость к неблагоприятным условиям.
  • Сделать эксплуатацию менее шумной.
  • За счет снижения скольжения, увеличить скорость его работы.

Минусами такого двигателя являются:

  • Увеличенная стоимость примерно на треть.
  • Увеличенный вес.
  • Высокий уровень тока, необходимого для запуска.

При работе двигателя в условиях частого отключения и запуска его применение является невыгодным, так как вся сохраненная энергия потратится на повышенное значение токов запуска. Также его не используют при малом количестве часов работы, которое не может обеспечить необходимое количество сохраненной энергии. Двигатели такого рода являются очень востребованными в настоящее время.

Реактивные двигатели помогут сделать сверхзвуковые самолеты тише

Американский стартап NCTAR запатентовал новую технологию, которая может позволить снизить шумность сверхзвуковых пассажирских самолетов при полете на сверхзвуковой скорости. Как пишет Aviation Week, разработчики предложили использовать реактивные двигатели летательных аппаратов для отражения и перенаправления ударных волн, образующихся на планере самолета при сверхзвуковом полете.

В настоящее время существует несколько проектов сверхзвуковых пассажирских самолетов, которые должны сделать перелеты быстрее и помочь справиться с ростом объемов пассажирских перевозок. При этом сверхзвуковые полеты над населенной частью суши сегодня запрещены, что является одним из серьезных сдерживающих факторов на пути развития сверхзвуковой авиации.

Поводом для запрета сверхзвуковых полетов над населенной сушей является высокая шумность. Дело в том, что на сверхзвуковой скорости на планере самолета образуются ударные волны, которые наблюдателями на земле воспринимаются как взрыв. Существующие сегодня проекты сверхзвуковых самолетов предполагают оптимизацию конструкции планеров летательных аппаратов таким образом, чтобы на них образовывалось как можно меньше ударных волн.

Стартап NCTAR предложил не ограничиваться только лишь оптимизацией планера сверхзвукового самолета. Разработчики компании создали трехмерную модель сверхзвукового пассажирского высокоплана с обтекаемым фюзеляжем и изогнутым кверху крылом. Под крылом и немного вперед от него на небольших крыльях располагаются реактивные двигатели.

По оценке разработчиков, при сверхзвуковом полете ударные волны, образующиеся преимущественно на передней кромке крыла, сначала будут двигаться вниз, а затем отражаться от вверх. Отражение ударных волн будет происходить от пограничного слоя, образующегося между свободно набегающим потоком воздуха и реактивной струей двигателей самолета.

При этом часть отраженных ударных волн будут попадать на крыло самолета с нижней стороны, создавая одновременно ударную нагрузку на конструкцию и дополнительную подъемную силу. Для того, чтобы снизить динамическую ударную нагрузку на крыло разработчики из NCTAR и предложили сделать его изогнутым кверху. Благодаря этому ударные волны будут соскальзывать по нижней плоскости крыла и уходить вверх.

NCTAR также предложила изменить конструкцию сопла двигателей сверхзвукового самолета таким образом, чтобы газовый поток из внешнего контура силовой установки располагался под реактивной струей газогенератора. Скорость течения газа из внешнего контура будет ниже скорости течения газа из газогенератора и значительно ниже скорости свободного воздушного потока вокруг двигателя. Предполагается, что это позволит предотвратить образование ударных волн на мотогондолах.

Читать еще:  Что такое компрессия и степень сжатия дизельного двигателя

С помощью специалистов из Калифорнийского технологического института и Принстонского университета разработчики NCTAR провели двумерное и трехмерное гидродинамическое моделирование ударных волн на их модели сверхзвукового самолета. Моделирование показало, что наиболее интенсивные ударные волны отражаются вверх и не могут достичь земли. При этом интенсивность оставшихся волн снижается на 63 процента.

В середине прошлого года стало известно, что Научно-исследовательский центр имени Жуковского приступил к научно-исследовательской работе по программе сверхзвукового пассажирского самолета. Работы направлены на проработку концепции сверхзвукового самолета и создание научно-технического задела. Результаты работы центра по программе нового летательного аппарата позволят приступить к его эскизному проектированию с 2022 года.

Началась сборка первых адаптивных реактивных двигателей

Рендер адаптивного двигателя XA100

Американские компании General Electric и Pratt & Whitney приступили к сборке первых опытных образцов адаптивных турбореактивных авиационных двигателей, которые в будущем будут устанавливаться на самые разные классы летательных аппаратов: транспортные самолеты, истребители, самолеты-заправщики, бомбардировщики. Как пишет Aviation Week, обе силовые установки создаются в габаритных размерах турбореактивного двигателя с форсажной камерой F135, силовой установки истребителя F-35 Lightning II.

Современные турбореактивные двигатели состоят из двух частей. Одна из них — внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят компрессоры, камера сгорания и турбина высокого давления. В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом.

После сгорания топливной смеси газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор. После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя. Вторая часть двигателя — внешний контур — представляет собой направляющий аппарат, воздуховод и, в некоторых случаях, собственное кольцевое сопло.

Во время полета часть немного сжатого вентилятором воздуха, не попавшая во внутренний контур, попадает в направляющий аппарат, где тормозится. Из-за торможения давление в воздушном потоке повышается. После этого сжатый воздух поступает в воздуховод, а затем — в сопло и формирует остаток тяги. В современных турбовентиляторных двигателях гражданских самолетов основная часть тяги — до 80 процентов — формируется вентилятором.

В двигателях истребителей большая часть проходящего через двигатель воздушного потока проходит через внутренний контур. Такое решение позволяет несколько повысить «отзывчивость» двигателя на управление, а также уменьшить его поперечные размеры, благодаря чему силовая установка способна обеспечивать сверхзвуковую скорость полета.

В двигателях с форсажной камерой присутствует дополнительная зона, расположенная за турбинами и перед соплом. В полете в эту камеру впрыскивается дополнительное топливо, которое самовоспламеняется от раскаленных отработавших газов, все еще имеющих высокое содержание кислорода. Последний и выступает окислителем для топлива в форсажной камере. Такое конструктивное решение позволяет существенно повысить тягу двигателя, но приводит к быстрому расходу топлива.

Проект адаптивного турбореактивного двигателя предусматривает добавление в конструкцию силовой установки третьего внешнего воздушного контура. При полете на дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт, и двигатель будет работать практически как турбовентиляторная силовая установка с большой степенью двухконтурности. В таком режиме силовая установка будет иметь несколько бо́льшую тягу и существенно меньшее потребление топлива.

По предварительной оценке разработчиков, топливная экономичность адаптивного двигателя по сравнению с F135 будет выше на 25 процентов, диапазон рабочих режимов — на 30 процентов, а тяга — на 5-10 процентов.

Двигатели, сборкой которых занялись компании General Electric и Pratt & Whitney получили обозначение XA100 и XA101. Первые опытные образцы этих силовых установок смогут развивать тягу до 200 килоньютонов. Для сравнения, максимальная тяга двигателя F135 составляет 125 килоньютонов и 191 килоньютон в режиме форсажа. Процесс сборки и испытания отдельных узлов перспективных двигателей должен завершиться в конце 2019 года, а с 2020 года разработчики приступят к испытаниям силовых установок в сборе.

В конце 2015 года американская компания Northrop Grumman приступила к исследованиям, которые в перспективе позволят значительно снизить температуру боевых лазеров и их систем энергоснабжения, а также бортового оборудования и обычного вооружения перспективных боевых самолетов. В качестве одного из вариантов исследователи рассматривают возможность создания теплового аккумулятора. Тепло от боевых лазеров и систем подачи энергии будет накапливаться в нем, а при достижении полной емкости аккумулятора оно будет отводиться от него в рассеивающий контур.

Читать еще:  Mitsubishi pajero какой дизельный двигатель лучше

Рассеивающий контур, помимо прочего, будет включать в себя теплоотводящие элементы в третьем контуре адаптивного двигателя, через который будет проходить воздух во время полета. По предварительной оценке, многоступенчатая система отвода тепла позволит добиться по меньшей мере неувеличения тепловой заметности боевого самолета при использовании большого количества систем — источников тепла.

Бензиновый двигатель — достоинства и недостатки

Статья об основных плюсах и минусах бензинового мотора. Конструктивные особенности и эксплуатация. В конце статьи — интересное видео о том, как выбрать бензиновый двигатель. Статья об основных плюсах и минусах бензинового мотора. Конструктивные особенности и эксплуатация. В конце статьи — интересное видео о том, как выбрать бензиновый двигатель.

Подавляющее большинство современных автомобилей оснащается бензиновыми моторами, ввиду чего особую актуальность приобретает знание всех его преимуществ и слабых мест. Это позволит скорректировать режим его эксплуатации, а также вовремя проводить регламентные работы, что, в конечном счёте, положительно скажется на длительности исправной работы двигателя.

Конструктивные особенности и их влияние на основные показатели бензинового мотора

Автолюбители предпочитают бензиновый двигатель в силу его низкой стоимости, относительной простоты конструкции, а также меньшей массы. Эти факторы обусловлены, прежде всего, конструктивными особенностями такого агрегата.

Принцип работы бензинового мотора базируется на воспламенении заранее подготовленной топливо-воздушной смеси с помощью искры, вырабатываемой свечами зажигания. В этом случае степень сжатия, возникающая в камере сгорания, относительно невелика и составляет от 8 до 12 единиц. Именно это и позволяет сделать бензиновый двигатель ощутимо легче своего дизельного собрата, в котором повышенные нагрузки обусловливают необходимость применения деталей с большим запасом прочности.

В качестве ещё одного механизма снижения общей массы мотора широко применяется отказ от стальных гильз в цилиндрах в пользу специального металлокерамического износостойкого слоя. К огромному сожалению автовладельцев, многие из двигателей, построенных по этой технологии, не подлежат капитальному ремонту, необходимость которого может возникнуть не только в связи с длительной эксплуатацией, но и из-за использования некачественного топлива.

Современные тенденции автомобилестроения предусматривают активное внедрение турбонаддува и на бензиновых моторах, что позволяет ещё больше расширить их рабочий диапазон, а также поднять тягу на малых оборотах. Негативной стороной такого решения является существенное удорожания агрегата в целом, а также необходимость в более дорогом и частом техническом обслуживании.

Что касается удельной эффективности, которая у бензиновых моторов на достаточно высоком уровне, то постоянные работы, направленные на её рост, в некоторой степени негативно сказались на долговечности и ремонтопригодности агрегата в целом. Речь, прежде всего, ведётся об уменьшении массы поршневой группы для снижения внутренних потерь.

Это достаточно эффективная мера для повышения удельной мощности и улучшения экономичности, но её обратной стороной являются повышенный расход масла и необходимость использования дорогостоящих сплавов, которые могли бы обеспечить должную степень износостойкости для малых площадей контакта.

Следующим направлением работы над современными бензиновыми двигателями является оптимизация камеры сгорания и повышение степени сжатия. Эти меры привели к тому, что моторы стали крайне чувствительны к качеству применяемого моторного топлива, а малейшая неисправность в газораспределительном механизме неизбежно приводит к капитальному ремонту если не всего мотора целиком, то его головки блока цилиндров. Такая ситуация стала широко распространённой ещё и в связи с отказом от использования металлических цепей в пользу ремней в приводе газораспределительного механизма.

Бытует мнение, что бензиновый мотор способен преобразовать не более 20-30% высвобождающейся от сжигания топлива энергии, в то время как для дизеля этот показатель составляет 30-40%, а с применением турбонаддува и интеркулера – до 50%. Отчасти это верно, но с учётом тенденции, направленной на повышение степени сжатия бензинового двигателя и снижения аналогичного показателя для дизельного, а также повсеместного использования наддува, разница в эффективности существенно сокращается.

Лучшие по сравнению с бензиновым тяговые характеристики дизельного двигателя обусловлены его конструктивными особенностями, в частности тем, что он не имеет дроссельной заслонки и регулирование мощности производится ограничением подачи соляра. Это имеет как плюсы так и минусы. С одной стороны – давление в цилиндрах остаётся неизменным,вне зависимости от режима езды, что обеспечивает высокие тяговые характеристики в области низких оборотов, а с другой – это предполагает интенсивные нагрузки на детали двигателя.

Конструктивные особенности бензинового мотора открывают достаточно широкие возможности для его модификации. В частности, его гораздо проще перевести на альтернативное топливо, такое как пропан-бутан или метан. Самое важное при таких переделках заключается в том, что двигатель не теряет возможности работы на бензине, что делает его битопливным. Что же касается дизеля, то подобная переделка чревата полным переходом на газ, поскольку меняется принцип действия системы зажигания.

Эксплуатационные показатели

Отличительной чертой бензиновых моторов по сравнению с дизельными является выход на максимальную мощность при высоких оборотах, что позволяет без труда поддерживать интенсивный разгон в очень широком диапазоне тахометра, даже без использования турбонаддува. Такой характер работы очень хорошо подходит для небольших автомобилей, которые эксплуатируются с малыми нагрузками преимущественно на загородных трассах.

Читать еще:  В чем причина если стартер крутится а двигатель не крутит

Это вынуждает автомобилиста стартовать на повышенных оборотах, что негативно сказывается на ресурсе механизма сцепления.

Если принимать во внимание расход топлива, то в оптимальном режиме работы он будет весьма мал. К большому сожалению, специфика современного движения делает экономичную езду редким исключением. Так, бензиновый двигатель очень чувствителен к нагрузкам, и если салон автомобиля полон или есть весомый груз в багажнике, то расход топлива резко возрастает.

Это же относится и к городскому режиму езды, который способен увеличить этот показатель в 1,5 раза по отношению к базовой величине. Фактически, такой характер работы делает бензиновый двигатель мало приспособленным для установки его на внедорожники и коммерческий транспорт.

Если рассматривать этот аспект в разрезе зимней эксплуатации, то бензиновый мотор не только легче запускается, но и требует гораздо меньше времени на прогрев, что обеспечивает возможность отапливать салон спустя всего несколько минут после запуска. Для дизельного мотора при достаточно большом салоне автомобиля может потребоваться установка автономного отопителя.

Не менее важным эксплуатационным показателем современного мотора является уровень его шума и вибраций. По этому показателю бензиновый двигатель однозначно выигрывает у дизеля, в котором воспламенение смеси происходит под огромным давлением, высвобождая большое количество энергии, что приводит к сильным вибрациям и возникновению характерного рокота, который практически невозможно заглушить ни эффективной шумоизоляцией, ни использованием дорогостоящих демпферов.

Также для автомобилей с механической коробкой передач при их оснащении дизельным мотором частота переключений существенно возрастает, что в городских условиях может снизить привлекательность и удобство такого транспорта.

Что касается безопасности, то бензин гораздо более пожаро- и взрывоопасен, поэтому при эксплуатации такого автомобиля повышенное внимание должно уделяться герметичности топливной системы, исправности электрооборудования.

Необходимо также принимать во внимание тот факт, что даже пары бензина легко воспламеняются (именно поэтому и запрещено хранить это топливо в плохо проветриваемых помещениях).

Если говорить о требовательности к качеству топлива, то здесь безоговорочно предпочтительны бензиновые моторы, поскольку несмотря на усложнение их узлов и систем управления многие из них по-прежнему практически без потерь могут переваривать бензин с более низким октановым числом.

Что же касается легендарной неприхотливости дизелей, то она канула в лету вместе с их атмосферными модификациями. Современные топливные насосы высокого давления и форсунки попросту приходят в негодность при попытке залить некачественное топливо, содержащее присадки.

Качество отечественного соляра таково, что многие автопроизводители специально вносят в автомобили ряд конструктивных изменений, позволяющих им работать на менее качественном топливе, либо вообще отказываются от поставок в нашу страну дизельных моторов.

Этот факт следует принимать во внимание при покупке машины, которая в Россию официально никогда не поставлялась, либо же при приобретении подержанного автомобиля из США, Европы или Японии. Большинство современных моделей дизелей весьма требовательно к применяемым расходным материалам, в особенности к фильтрам тонкой очистки топлива, что обусловливает необходимость их частой замены. Более того, стабильность его работы гораздо больше зависит от степени их засоренности, чем у бензинового аналога.

Стоимость технического обслуживания бензиновых моторов также существенно ниже их дизельных собратьев, в результате чего многие полагают, что покупка такого автомобиля впоследствии позволит существенно сэкономить. Кроме того, межсервисный интервал дизеля практически вдвое короче, что предопределяет частые визиты на сервис.

Что касается самого обслуживания, то легковые дизели в нашей стране серийно практически не выпускались, автомобилисты познакомились с ними только благодаря импорту. Это же в полной мере относится и к сервисным центрам, в которых не всегда можно встретить квалифицированного мастера, специализирующегося на ремонте дизельных агрегатов.

Что касается традиционного мнения о том, что дизельные двигатели существенно экономичней, то с учётом практически равной стоимости высокооктанового бензина и качественного соляра этот факт, особенно для легкового автомобиля, вызывает сомнение.

Кроме того, высокая изначальная цена и дороговизна обслуживания ещё больше сокращают разницу в эксплуатационных расходах. Таким образом, дизель целесообразно использовать в коммерческом транспорте, а также в автомобилях с большим ежегодным пробегом.

Заключение

Всё вышесказанное позволяет сформулировать основные преимущества бензинового двигателя:

    относительная конструктивная простота;

существенно меньший вес;

возможность развивать высокие обороты;

относительная простота ремонта и технического обслуживания;

  • менее шумный, по сравнению с дизелем, рабочий процесс.
  • Основные недостатки такого мотора:

      высокая пожаро- и взрывоопасность, обусловленная спецификой топлива;

    острая потребность в использовании только качественных масел;

    повышенный расход топлива при высоких нагрузках;

  • слабая тяга и крутящий момент на низких оборотах.
  • Таким образом, принимая во внимание вышеперечисленные факторы, следует сделать объективный вывод о том, что и бензиновый и дизельный двигатели имеют как преимущества, так и недостатки, которые разграничивают целесообразные сферы их применения.

    Видео о том, как выбрать бензиновый двигатель:

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector