Võimsus mähistes: süsinikkiust mähkimisprotsessi avalikustamine, mis suurendab mootori kiirust 10 korda
Kuidas saab inimese juuksekarvast õhem süsinikkiud ehitada suure kiirusega mootorirootorile suure müüri, et taluda tohutuid tsentrifugaaljõude?
Dongfeng Motori välja antud 'MACH E' 800 V ülikiire elektriajamisüsteem sisaldab mootorit, mille maksimaalne töökiirus on 25 000 p/min ja piirkiirus üle 34 447 p/min.
Selle hämmastava kiiruse taga on täppisprotsess – süsinikkiust pakkimistehnoloogia.
01 Kiirete mootorite tugevuse kitsaskoht
Kiired mootorid on muutumas uuel energiaajastul oluliseks tehnoloogiliseks suunaks. Need mootorid näitavad tohutut potentsiaali sellistes valdkondades nagu gaasiturbiinid, hajutatud elektritootmine, lennundus ja uued energiasõidukid.
Siiski tekib põhiprobleem: kiiruse kasvades kasvab rootorile mõjuv tsentrifugaaljõud ruutkeskmiselt..
Võttes näiteks pindpaigaldatud püsimagnetmootori, kogevad püsimagnetid tsentrifugaaljõude, mis on tuhandeid kordi suuremad kui nende enda kaal, kui kiirus jõuab kümnetesse tuhandetesse pööretesse minutis. Traditsioonilised metallist kaitsehülsid on kas liiga rasked või ei ole piisavalt tugevad.
Siin näitavad süsinikkiust komposiidid erakordset väärtust. Suure tugevuse ja kaalu suhtega saab süsinikkiust ideaalseks 'soomuse' materjaliks kiirete mootorirootorite jaoks.
02 Põhimaterjalid
Süsinikkiust komposiitide kasutamine kiirmootorites ei ole lihtne materjali asendamine, vaid hoolikalt kavandatud süsteem.
Süsinikkiud kombineeritakse tavaliselt maatriksmaterjalidega, nagu epoksüvaik, et moodustada süsinikkiust tugevdatud polümeer (CFRP). Selle materjali elastsusmoodul ja tõmbetugevus on selle peamised jõudlusnäitajad, mis määravad otseselt selle võime taluda suurel kiirusel pöörlemisest tulenevat tohutut pinget.
Süsinikkiu jõudluse optimeerimiseks eeltöödeldud lindi kuivmähise vormimise tehnikat . kasutatakse sageli See meetod hõlmab eelimmutatud prepreglindi kuumutamist ja pehmendamist viskoossesse olekusse, enne kui see mähitakse tornile. Mähise pinge tihendamisel kleepuvad kihid kokku, parandades märkimisväärselt immutamise ühtlust ja vormimise täpsust , parandades seeläbi toote kvaliteeti.
03 Pakkimisprotsessi avalikustamine
Mähkimisprotsess on süsinikkiust kaitsehülsi moodustamise võti. Sõltuvalt rakenduse vajadustest ja materjali omadustest on kaks peamist pakkimismeetodit:
Märg pakkimine hõlmab süsinikkiu kimpude kastmist vaiku ja seejärel otse mähisesse mähisesse kontrollitud pinge all. Sellel on madalamad kulud, kuid see seisab silmitsi väljakutsetega, nagu vaiguvoolu mõju ja täppisjuhtimise raskused.
Dry Wrapping kasutab eelimmutatud prepregteipi, mida kuumutatakse ja pehmendatakse enne tornile kerimist. Sellel meetodil on stabiilsem vaigusisaldus ja kõrgem konsistents , mis muudab selle eriti sobivaks suure jõudlusega rakenduste jaoks.
Uuringud näitavad, et võrreldes märgmähimisega parandab kuiv pakkimine anuma tootmise efektiivsust 30% võrra , vähendab vaigusisaldust 20% ja kogu defektipinda 40% võrra..
04 Mähkimisnurk ja kihtide arv
Süsinikkiust ümbris peal suure kiirusega mootori rootorid ei ole juhuslik virnastamine. Mähkimisnurga disain ja kihtide arv mõjutavad otseselt lõpptoote mehaanilisi omadusi.
Tüüpilises ümbriskujunduses kasutatakse sageli mitme kihi kombinatsiooni erinevate nurkade all . Näiteks kiirmootori komposiithülsi patent jagab selle radiaalselt kolmeks kihiks: sisemine ja välimine leelisevaba klaaskiudriide kiht, mille keskmine kiht on süsinikkiust.
Keskmise kihi süsinikkiud jaguneb veel kaheks alamkihiks: sisemised süsinikkiu kimbud on keritud ±88° ümbermõõduga , välimised kimbud aga ±65° ümbermõõduga . Selle disaini eesmärk on tasakaalustada pingete radiaalset ja ümbermõõtu jaotust.
Mikrogaasiturbiinide kiirete püsimagnetmootorite uurimisel leidsid teadlased, et kui kõik kolm süsinikkiu kihti kasutasid 90° ümbermõõtu mähist , olid püsimagnetid paremas kokkusurumises, mistõttu sobivad need prototüüpide valmistamiseks.
05 Väljakutsed ja uuendused
Kiirmootori rootorite süsinikkiust mähkimistehnoloogia seisab silmitsi mitme väljakutsega. Materjali omaduste muutused kõrge temperatuuriga keskkondades on kriitiline probleem.
Mikrogaasiturbiinide kiirete püsimagnetmootorite uuringus läbi viidud temperatuuritõusu käsitlev modaalanalüüs näitas, et püsimagnetrootori loomulik sagedus langes üle 8,3% . kõrgel temperatuuril Kõrge temperatuur põhjustab ka muutusi materjali omadustes, nagu elastsusmoodul, mis mõjutab rootori jäikust.
pakkimisprotsessi järjepidevus ja täpsus . Veel üks väljakutse on Sellised ettevõtted nagu Cygnet Texkimp ja Bowman Power teevad koostööd, et töötada välja lahendusi kõrgpingemähise kiiruse, täpsuse ja korratavuse parandamiseks.
Tolerantsuse kontrolli ja pinna kareduse probleemide lahendamiseks pakkus Tianweilan E-Drive Technology välja uuendusliku meetodi: esiteks pihustage ja kuivatage vormi sisepinnale geelkiht; seejärel pesa see vorm väljapoole haava rootori korpust; lõpuks kuumutage süsinikkiudu kõvendamiseks, võimaldades sellel integreeruda geelkattega. See meetod väldib võimalikke hõõgniidi purunemisprobleeme, mis on seotud traditsiooniliste lihvimis- ja poleerimisprotsessidega.
06 Väljavaated ja rakendused
Tulevikku vaadates on süsinikkiust pakkimistehnoloogia arengusuund kiirmootorite valdkonnas selge. Automatiseerimise ja intelligentsuse tase tõuseb veelgi.
Täiustatud juhtimis-, tuvastus- ja robottehnoloogiate integreerimine mitte ainult ei paranda süsinikkiust komposiittoodete jõudluse stabiilsust ja järjepidevust, vaid suurendab oluliselt ka tootmise efektiivsust ja vähendab kulusid.
Süsinikkiust ümbristehnoloogia on juba näidanud rakenduspotentsiaali erinevates valdkondades, sealhulgas uutes energiasõidukites, kosmosesõidukites, spordi- ja vabaajatoodetes ning meditsiiniseadmetes . Eriti autotööstuses on vesinikupaagid ja suure kiirusega püsimagnetmootori rootorid olulised rakendussuunad.
Kuna nõudlus elektrisõidukite suure võimsustihedusega ajamisüsteemide järele kasvab jätkuvalt, mängib süsinikkiust ümbristehnoloogia üha kriitilisemat rolli.
SDM-i meeskond viis läbi tugevussimulatsioonid kiire püsimagnetmootoriga, mille nimivõimsus oli 150 kW ja nimikiirus 30 000 pööret minutis . Kasutades süsinikkiust mähkimistehnoloogiat, tagasid nad edukalt, et kõik rootori komponendid jäid suurel kiirusel pöörlemise ajal ohututesse tugevuspiiridesse.
Insenerid kontrollivad hoolikalt iga süsinikkiu kihi paigaldusnurka ja pingekontrolli, sarnaselt Vana-Rooma ehitajatele, kes arvutasid hoolikalt iga kivi kandevõimet. Kuid tsentrifugaaljõud, millega nad võitlevad, on tuhandeid kordi võimsamad kui kivide enda kaal.
Kui see mootor lõpuks oma kavandatud kiirusel töötab, kogeb iga süsinikkiud pingemuutusi sadu kordi sekundis. Ometi peavad nad seisma nagu Suur müür, kaitstes sisemisi püsimagneteid ja raudsüdamikku.
