የከፍተኛ ፍጥነት ሮተሮች 'መጠን ትሪያንግል'፡ የውጨኛው ዲያሜትር፣ ቁልል ርዝመት እና ዘንግ ዲያሜትር—ለምን ሦስቱንም በአንድ ጊዜ ማጠናቀቅ አልቻልክም።

ባለከፍተኛ ፍጥነት ሞተር ወይም የዝንብ መሽከርከሪያ ከፊት ለፊትዎ ተቀምጧል. የውጪው ዲያሜትር፣ ቁልል ርዝመት፣ ዘንግ ዲያሜትር - በሥዕል ላይ ከማብራራት ያለፈ ምንም የሚመስሉ ሦስት ቁጥሮች። ነገር ግን በከፍተኛ ፍጥነት በሚሽከረከርበት ዓለም ውስጥ፣ እነዚህ ሶስት ልኬቶች እርስ በእርሳቸው ይገደባሉ እና በአንድ ጊዜ 'ከፍተኛው ሊወጣ' የማይችል ትሪያንግል ይመሰርታሉ። የውጪውን ዲያሜትር ትልቅ ያድርጉት ፣ እና ጉልበት ወደ ላይ ይወጣል ፣ ግን ሴንትሪፉጋል ኃይል መጀመሪያ ቁሳቁሱን ያፈርሰዋል። የቁልል ርዝመቱን ያራዝሙ እና ሃይል ሊጨምር ይችላል, ነገር ግን rotor የመጀመሪያውን የመታጠፍ ወሳኝ ፍጥነት ግድግዳውን ሊመታ ይችላል. የሾላውን ዲያሜትር ወፈር፣ እና ግትርነቱ ይሻሻላል፣ ነገር ግን ተሸካሚዎች እና የገጽታ ጫፍ ቀይ ያበራሉ።

ባለከፍተኛ ፍጥነት የ rotor ምርጫን መረዳት በመሰረቱ 'ልኬቶችን ስለመምረጥ' ሳይሆን በሶስት እጥፍ የጥንካሬ፣ ኤሌክትሮማግኔቲክ እና ተለዋዋጭ ሁኔታዎች ውስጥ ሊቆም የሚችለውን አንድ መስቀለኛ መንገድ መፈለግ ነው።

የውጪ ዲያሜትር፡ ጣሪያውን ለመምታት የመጀመሪያው ቁጥር የሚወሰነው በኤሌክትሮማግኔቲክ ሳይሆን በቲፕ ፍጥነት ነው።

በዝቅተኛ ፍጥነት ሞተሮች ውስጥ, የ rotor ውጫዊው ዲያሜትር በነፃነት ሊጨምር ይችላል, ምክንያቱም ሴንትሪፉጋል ኃይል ምንም ስጋት የለውም. ነገር ግን የወለል ጫፍ ፍጥነት የተወሰነ ገደብ ካለፈ በኋላ - የምህንድስና ልምምድ ብዙውን ጊዜ ወደ 'ከፍተኛ ፍጥነት' አገዛዝ ሲገባ ከ 120 ሜ / ሰ በላይ ይወስዳል - እያንዳንዱ የውጨኛው ዲያሜትር መጨመር ቁሳቁሱን ወደ ገደቡ ይገፋል። በከፍተኛ ፍጥነት ሞተር ዲዛይን ውስጥ የመጀመሪያው እርምጃ ብዙውን ጊዜ torque በማስላት አይደለም, ነገር ግን ከፍተኛው የሚፈቀደው ምላጭ ጫፍ ፍጥነት ከ rotor ውጫዊ ዲያሜትር ያለውን የላይኛው ገደብ ወደ ኋላ በማስላት ነው.

የዚህ ገደብ አካላዊ ሥር በጣም ቀላል ነው፡ ሴንትሪፉጋል ሃይል ከራዲየስ እና ከማዕዘን ፍጥነት ካሬ ጋር ተመጣጣኝ ነው። ለተመሳሳይ ቁሳቁስ, የውጪው ዲያሜትር ትልቅ ነው, በላዩ ላይ የሆፕ ውጥረት ከፍ ያለ ነው. ለጠንካራ ሲሊንደሪክ ሮተር፣ በተሰጠው የደህንነት ምክንያት፣ የሚፈቀደው ከፍተኛው የማዕዘን ፍጥነት ከካሬው ስር ካለው የመሸከምና ጥንካሬ ጥምርታ ጥግግት እና ከውጪው ዲያሜትር በተገላቢጦሽ የሚመጣጠን ነው። ይህ ማለት የቁሱ የተወሰነ ጥንካሬ ከፍ ባለ መጠን ወይም የውጪው ዲያሜትር ትንሽ ከሆነ የፍጥነት ጣሪያው ከፍ ሊል ይችላል።

Flywheel የኃይል ማከማቻ ይህንን አመክንዮ ወደ ጽንፍ ይገፋፋዋል። የአረብ ብረት ዝንብሮች የጫፍ ፍጥነት ከ200-250 ሜትር በሰከንድ ብቻ ሊደርስ ይችላል፣ የካርቦን ፋይበር ውህዶች ግን ይህን ቁጥር ከብረት ወሰን በላይ ሊገፉት ይችላሉ። ስለዚህ, በከፍተኛ ፍጥነት የ rotor ውጫዊ ዲያሜትር ላይ ያለው የመጀመሪያው-መርሆች እገዳ 'ምን ያህል ትልቅ ንድፍ ልንሰራው እንደምንፈልግ አይደለም, ነገር ግን ' ቁሱ ምን ያህል በፍጥነት እንዲሰራ ያስችለዋል. ' የውጪው ዲያሜትር በጫፍ ፍጥነት ከተቆለፈ, ኤሌክትሮማግኔቲክ ዲዛይን ከዚህ በታች ብቻ ነው የሚሰራው ' ጣሪያ '

ቁልል ርዝመት፡ ኤሌክትሮማግኔቲክስ ረጅም ይፈልጋል፣ ተለዋዋጭነት አጭር ይፈልጋል

የውጪው ዲያሜትር ከተስተካከለ በኋላ በኃይል እና በኃይል ውስጥ ያለው 'ክፍተቱ ' በክምር ርዝመት መሞላት አለበት። ከኤሌክትሮማግኔቲክ ግንኙነት፣ የሞተር ውፅዓት ውፅዓት ከካሬው የ rotor ዲያሜትር እና ቁልል ርዝመት ምርት ጋር በግምት ተመጣጣኝ ነው ፣ በአየር ክፍተት ውስጥ ባለው ሸለተ ውጥረት ተባዝቷል። በጥንካሬ ገደቦች ምክንያት የውጨኛው ዲያሜትር ሊሰፋ በማይችልበት ጊዜ የቁልል ርዝመት መጨመር በጣም ቀጥተኛ መውጫ መንገድ ይመስላል፡ በተመሳሳይ ዲያሜትር፣ የእጥፍ ቁልል ርዝመት የማሽከርከር አቅምን በእጥፍ ይጨምራል።

ነገር ግን የቁልል ርዝመት ችግር ለኤሌክትሮማግኔቲክስ 'ነጻ ተለዋዋጭ' አለመሆኑ ነው። አንዴ rotor ረዘም ያለ ከሆነ ፣ የመታጠፍ ጥንካሬ በአንጻራዊ ሁኔታ ይቀንሳል ፣ እና የመጀመሪያው የመታጠፍ ወሳኝ ፍጥነት በዚሁ መሠረት ይወርዳል። ከ rotor ዳይናሚክስ ያለው ጠንካራ ገደብ፡ የስራ ፍጥነቱ ከወሳኙ ፍጥነት በቂ የመለያየት ህዳግ መያዝ አለበት። ለጠንካራ የ rotor ንድፍ ደረጃ የተሰጠው ፍጥነት ከደህንነት ህዳግ ጋር ከመጀመሪያው የመታጠፍ ድግግሞሽ በታች መሆን አለበት። ትንሽ የውጨኛው ዲያሜትር እና ረጅም ቁልል ርዝመት ያለው rotor በኤሌክትሮማግኔቲክ 'በቂ ሃይል' ሊመስል ይችላል፣ነገር ግን በተለዋዋጭ ደረጃ በተገመተው የፍጥነት ክልል ውስጥ ሬዞናንስ ሊመታ ይችላል።

ይህ በከፍተኛ ፍጥነት ባለው የ rotor ንድፍ ውስጥ በጣም የተለመደው የጦርነት ጉተታ ነው። በ 60,000 r / min እና 100 kW ቅደም ተከተል ያለው የንድፍ መያዣ በሶስት እቅዶች መካከል ያለውን የንግድ ልውውጥ በግልፅ ያሳያል: rotor አጭር እና ወፍራም በሚሆንበት ጊዜ, ጥንካሬ ጥሩ ነው, ነገር ግን የጥንካሬው ልዩነት ጥብቅ ነው; የ rotor ዲያሜትርን በመቀነስ እና ቁልል ርዝመትን ማራዘም ጥንካሬ እና የኤሌክትሮማግኔቲክ አፈፃፀም ይሻሻላል ፣ ግን የመጀመሪያው የታጠፈ ሞዳል ድግግሞሽ ወደ 1385 Hz ይወርዳል ፣ ይህም በተገመተው ፍጥነት አቅራቢያ የመጠምዘዝ አደጋን ይፈጥራል ። የመጨረሻው ጥቅም ላይ ሊውል የሚችል እቅድ ኤሌክትሮማግኔቲክስ, ወሳኝ ፍጥነት እና ጥንካሬን የሚያሟላ መካከለኛ ርዝመት ያለው ስምምነት ነው. የቁልል ርዝመት ይዘት በ 'ኤሌክትሮማግኔቲክስ በሚፈልገው' እና 'ምን ተለዋዋጭ ሁኔታዎችን ይፈቅዳል' መካከል የተገዛ የቁም ክፍል ትኬት ነው - የትኛውንም ወገን መሻገር አይቻልም።

ዘንግ ዲያሜትር፡ 'ወፍራው፣ ደህንነቱ የተጠበቀ' ሳይሆን በግትርነት እና ተሸካሚዎች መካከል በጠባብ ገመድ መጓዝ።

የዘንግ ዲያሜትሩ ብዙውን ጊዜ 'ወፍራም ማለት የበለጠ የተረጋጋ ማለት ነው' ተብሎ በተሳሳተ መንገድ ይገነዘባል።

ከመጠምዘዝ ወሳኝ ፍጥነት አንፃር፣ የዘንጉ መታጠፍ ጥንካሬ ከዘንጉ ዲያሜትር አራተኛው ኃይል ጋር የሚመጣጠን እና ከሶስተኛው የድጋፍ ስፋት ጋር በተገላቢጦሽ የሚመጣጠን ሲሆን የወሳኙ ፍጥነት እንደ √(k/m) በግምት ይለያያል። የዘንጉ ዲያሜትር በፍጥነት መጨመር ግትርነትን ያነሳል ፣ ይህም ወሳኝ የሆነውን ፍጥነት ለመግፋት እና rotor ' ግትር ' ለማድረግ የሚመች ይመስላል። ነገር ግን የዘንግ ዲያሜትር ያለ ገደብ ሊወፍር አይችልም። የመጀመሪያው ምክንያት በመያዣዎች ውስጥ ነው-ዲያሜትር ሲጨምር የሚፈቀደው የባህላዊ ተንከባላይ ተሸካሚዎች ፍጥነት በከፍተኛ ሁኔታ ይቀንሳል; ዘንግ ያለው ወፍራም, ዝቅተኛው የፍጥነት ጣሪያ ተሸካሚው ሊሰጥ ይችላል. መግነጢሳዊ ተሸካሚዎች በዚህ ረገድ የበለጠ የዘንጉ ዲያሜትር ቦታ ይሰጣሉ ፣ ግን የሾላ ዲያሜትራቸው አሁንም በሚፈቀደው የመግነጢሳዊ ቁሶች የጫፍ ጫፍ ፍጥነት የተገደበ ነው። በሁለተኛ ደረጃ, ዘንጉን ማወፈር የ rotor ብዛትን ይጨምራል, እና ወሳኝ ፍጥነት ከካሬው የጅምላ ሥር ጋር የተገላቢጦሽ ነው, ስለዚህ የግትርነት ጥቅሙ በከፊል በጅምላ ቅጣት ይካካሳል.

ይበልጥ ስውር የሆነ ገደብ የሚመጣው በዘንጉ እና በ rotor አካል መካከል ካለው ተስማሚነት ነው። የ rotor ውስጣዊ ዲያሜትር ምርጫ (ማለትም, ዘንግ ዲያሜትር) ለቋሚ ማግኔቶች ወይም መያዣ መያዣዎች ራዲያል ቦታ ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል, እና የጭንቀት ሁኔታ ጣልቃገብነት ሁኔታ የ rotorውን ውጤታማ ጥንካሬ ይለውጣል, በዚህም ወሳኝ ፍጥነት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል. ስለዚህ የዘንጉ ዲያሜትር የተለየ 'መዋቅራዊ ልኬት' ሳይሆን የመሸከምያ ምርጫን፣ የሚመጥን ውጥረትን እና የ rotor ዳይናሚክስን የሚነካ የ hub መለኪያ ነው። የ rotor ግትር ወይም በተገመተው ፍጥነት እንዲረጋጋ ለማድረግ በቂ ውፍረት ያለው መሆን አለበት፣ነገር ግን ለተሸከርካሪዎች እና ላዩን ጫፍ ፍጥነት ቦታ ለመተው በቂ የተከለከለ ነው።

እውነተኛ ዲዛይን የብዝሃ ፊዚክስ መደጋገም እንጂ የአንድ መንገድ ስሌት አይደለም።

ሦስቱን መመዘኛዎች ለየብቻ ስንመለከት፣ እያንዳንዳቸው የየራሳቸው የግዳጅ አመክንዮዎች አሏቸው፡ የውጪው ዲያሜትር በጫፍ ፍጥነት የተዘጋ ነው፣ የቁልል ርዝመት በኤሌክትሮማግኔቲክ ፍላጎት የተዘረጋ እና በወሳኝ ፍጥነት የተቆረጠ ነው፣ እና የዘንግ ዲያሜትሩ በግትርነት እና በመያዣዎች መካከል በጠባብ ገመድ ይራመዳል። ነገር ግን የከፍተኛ ፍጥነት የ rotor ንድፍ እውነታ እነዚህ ሶስት ልኬቶች በቅደም ተከተል ሊወሰኑ አይችሉም; ሊገናኙ የሚችሉት በመድገም ብቻ ነው።

ሊሰራ የሚችል ሃሳባዊ የስራ ሂደት፡ በመጀመሪያ የውጪውን ዲያሜትር በሚፈቀደው የቢላ ጫፍ ፍጥነት መሰረት ምረጥ፣ በመቀጠልም በአየር ክፍተት ሸለተ ውጥረት ግምት ላይ በመመስረት የማሽከርከር/ኃይልን ለማሟላት የሚያስፈልገውን የቁልል ርዝመት ገምት እና በመቀጠል ሜካኒካል እና ተለዋዋጭ ማረጋገጫን አስገባ—የሴንትሪፉጋል ጭንቀትን በመፈተሽ፣ የእጅጌው የጭንቀት ሁኔታ ወይም የቋሚ ማግኔቶች ስሌት። የወሳኙ የፍጥነት ህዳግ በቂ ካልሆነ፣ ወደ ኋላ ተመለስ እና የቁልል ርዝመትን ወይም የሾላውን ዲያሜትር ያስተካክሉ። ጥንካሬው በቂ ካልሆነ ወደ ኋላ ተመለስ እና የውጪውን ዲያሜትር ወይም መያዣውን እጀታ ያስተካክሉ. እያንዳንዱ ማስተካከያ 'አንድ ቁጥር እየቀየረ አይደለም'፣ ነገር ግን ሌሎቹን ሁለት ቁጥሮች ወደ የሚቻል ክልል እየጎተተ ነው። የከፍተኛ ፍጥነት የ rotor ዲዛይን የምህንድስና እውነታ በጥንካሬው ግድግዳም ሆነ በድምፅ ግድግዳ ላይ የማይመታውን ነጥብ ለማግኘት በጥንካሬ ፣ በኤሌክትሮማግኔቲክ እና በዳይናሚክስ የታሰረውን የባለብዙ ፊዚክስ ድግግሞሽን መጠቀም ነው።

ስለዚህ የከፍተኛ ፍጥነት የሮተር ውጫዊ ዲያሜትር ፣ ቁልል ርዝመት እና ዘንግ ዲያሜትር ሲመለከቱ ፣ የበለጠ ጠቃሚው ጥያቄ 'ለምን ይህ ቁጥር ነው' ሳይሆን 'ሌሎች ሁለቱ ቁጥሮች የት ገፋፉት?' እያንዳንዱ የመጠን ትሪያንግል መፍትሄ በሦስቱ ገደቦች መካከል ከድርድር በኋላ የቀረው ፈለግ ነው።