Nyuma ya kasi ya kasi ya umeme wa magari mapya ya nishati, ndani ya usahihi na kuchimba visima kwa mikono ya madaktari wa meno, na ndani ya operesheni ya kasi ya zana za mashine za usahihi katika viwanda, kuna shujaa wa kiteknolojia asiye na kasi-rotor ya kasi kubwa. Sehemu hii inayozunguka, yenye kipenyo cha zaidi ya sentimita kadhaa, inabadilisha ulimwengu wetu kwa kasi ya makumi ya maelfu ya mapinduzi kwa dakika.
Jinsi rotors zenye kasi kubwa zinafanya kazi: Wakati elektronignetics inakutana na mechanics
Motors zenye kasi kubwa kawaida hurejelea mifumo iliyo na kasi ya kuzungusha zaidi ya mapinduzi 10,000 kwa dakika (rpm), na matumizi kadhaa ya makali kufikia zaidi ya 100,000 rpm. Kasi hii ya kushangaza inatoa faida mbili kuu: wiani wa nguvu kubwa (nguvu kubwa kwa kiwango sawa) na majibu ya nguvu ya haraka , lakini pia huanzisha changamoto za kipekee za mwili.
Kitendo cha umeme ni msingi wa operesheni ya rotor. Wakati wa sasa unapita kupitia vilima vya stator, hutoa shamba la sumaku inayozunguka. Katika motors za kudumu za sumaku, uwanja wa sumaku wa sumaku ya kudumu ya rotor hulingana na uwanja huu unaozunguka, wakati katika motors za induction, rotor hutoa uwanja wake wa sumaku kupitia induction ya umeme. Kadiri kasi inavyoongezeka, frequency inayobadilika ya uwanja wa sumaku inaongezeka sana, ndiyo sababu motors za kasi kubwa mara nyingi hutumia miundo 2-pole au 4-pole kupunguza mzunguko wa kazi.
Mienendo ya mitambo ni muhimu pia. Kulingana na formula ya fizikia F = MΩ 2r f = MΩ 2r , nguvu ya centrifugal ni sawa na mraba wa kasi ya mzunguko. Hii inamaanisha kuwa saa 20,000 rpm, nguvu ya centrifugal kwenye uso wa rotor inaweza kufikia makumi ya maelfu ya nguvu ya Dunia-sawa na kutumia tani 50 kwa kila sentimita ya mraba! Kwa kuongeza, kila rotor ina kasi yake muhimu (kasi inayolingana na masafa yake ya resonant), na kasi ya kufanya kazi lazima iepuke eneo hili hatari.
Mapinduzi ya nyenzo: mlango mkubwa wa nyuzi za kaboni
Chini ya vikosi vikali vya centrifugal, vifaa vya chuma vya jadi hupungua. Ingiza composites za nyuzi za kaboni, nyenzo ya miujiza iliyokopwa kutoka kwa anga.
Fiber ya kaboni ina nguvu maalum (uwiano wa nguvu-kwa-wiani) zaidi ya mara tano ya chuma cha nguvu ya juu, wakati wiani wake ni robo tu ya chuma. Sifa hizi hufanya iwe bora 'silaha ' kwa rotors zenye kasi kubwa. Model ya Model S ya Model S ilikuwa ya kwanza kutengeneza teknolojia hii, kufikia kasi kubwa zaidi ya 20,000 rpm. Kanuni hiyo inajumuisha kufunika kwa usahihi nyuzi za kaboni zenye mvutano wa juu karibu na uso wa sumaku za kudumu na kuziponya na resin maalum kuunda sleeve ya kinga. Hii sio tu inazuia sumaku za kudumu kutawanyika lakini pia inatumika upakiaji wa radial (karibu 200-300 MPa) kulinda vifaa vya sumaku vya kudumu.
Hata bora zaidi, nyuzi za kaboni zina mgawo wa chini wa upanuzi wa mafuta (karibu 0.5 × 10 -6/℃), ikiruhusu mapengo madogo ya hewa (kupunguzwa na 30-50%) na kuboresha sana utumiaji wa flux ya magnetic. Uchunguzi unaonyesha kuwa slee za kaboni za kaboni zinaweza kupunguza upotezaji wa eddy wa sasa kwa zaidi ya 60% na kuboresha ufanisi wa mfumo na asilimia 0.2-0.5.
Ubunifu wa miundo: Suluhisho tofauti
Maombi tofauti yametoa miundo anuwai ya rotor:
· Rotors za chuma zenye mikono ya chuma : Tumia aloi zisizo na nguvu za sumaku (kwa mfano, titanium) kushikilia sumaku za kudumu. Teknolojia hii ya kukomaa inakabiliwa na hasara kubwa za sasa za eddy.
· Maingiliano ya ndani ya sumaku ya ndani : sumaku zilizoingizwa ndani ya msingi wa chuma kwa usalama bora lakini huwa na kueneza kwa kasi kubwa.
· Rotors za asynchronous : Fanya kazi bila vilima, hutegemea mikondo ya eddy, na kuzifanya zinafaa kwa kasi ya juu zaidi ya 100,000 rpm lakini kwa ufanisi wa chini.
Rotors za kuzaa za Magnetic zinawakilisha makali ya kukata. Kwa kutumia vikosi vya umeme kusimamisha rotor, msuguano wa mitambo huondolewa kabisa. Pampu fulani ya Masi ya Magnetic inafikia kasi ya 120,000 rpm na vibration amplation chini ya 1 micron, na kuifanya kuwa kifaa muhimu katika utengenezaji wa semiconductor. Walakini, mfumo wake tata wa kudhibiti pia husababisha gharama kubwa.
Ubunifu wa Kuingiliana ni maelezo ya wazi lakini muhimu ya utengenezaji. Kwa motor 20,000 rpm, kuingiliwa kati ya msingi wa rotor na shimoni lazima iwe sahihi ndani ya microns 32 (karibu theluthi moja ya nywele ya mwanadamu), na uvumilivu wa kipenyo cha shimoni unaodhibitiwa ndani ya 0.030 mm-ushuhuda wa adage, 'Miss ni nzuri kama maili.'
Maombi: Kutoka kwa maisha ya kila siku hadi tasnia
Teknolojia ya rotor yenye kasi kubwa imeenea katika nyanja nyingi:
· Katika magari mapya ya nishati , hutumika kama msingi wa propulsion (kwa mfano, motor 001 FR motor saa 20,620 rpm) na hutumiwa katika compressors za seli za mafuta (100,000+ rpm) na turbocharger za umeme.
· Katika vifaa vya kaya , wasafishaji wa utupu wa juu huajiri motors 100,000 za rpm na viwango vya kelele chini ya decibel 80.
· Katika vifaa vya matibabu , mikono ya meno hufikia kasi ya 400,000 rpm na kipenyo cha mm 3-5 tu.
Sekta ya viwanda inaona matumizi mapana zaidi:
· Spindles zenye kasi kubwa (30,000-100,000 rpm) katika mashine za CNC huwezesha machining ya usahihi.
· Centrifugal compressors na motors-moja kwa moja (20,000-50,000 rpm) inaboresha ufanisi na 5-10%.
· Katika nishati, mifumo ya uhifadhi wa nishati ya flywheel (30,000-60,000 rpm) hupata ufanisi wa malipo/utekelezaji zaidi ya 95%, ikiibuka kama chaguo mpya kwa kanuni ya frequency ya gridi ya taifa.
Mtazamo wa baadaye: haraka, nguvu, nadhifu
Utafiti wa kukata ni kusukuma mipaka:
· Carbon nanotube-iliyoimarishwa composites inaweza kuongeza nguvu ya sleeve na 50%.
· Viwango vya juu vya joto-juu vinaweza kufikia uwanja wa sumaku wa 2-3 Tesla (ikilinganishwa na ~ 1 t katika miundo ya jadi).
· Iliyochapishwa 3D, rotors zilizoboreshwa kwa hali ya juu tayari zimepata kupunguzwa kwa uzito wa 20% na uboreshaji wa nguvu 30%.
Teknolojia za dijiti zinafungua uwezekano mpya:
huiga Mapacha wa dijiti utendaji wa rotor chini ya hali tofauti.
huwezesha Sensorer zilizoingia ufuatiliaji wa afya ya wakati halisi.
· Algorithms ya AI inaboresha miundo, na kesi moja inaboresha ufanisi kwa asilimia 1.2.
Uendelevu pia ni lengo:
Magneti ya kudumu ya chini -ardhi hupunguza utegemezi wa rasilimali.
· Miundo rahisi ya disassembly huongeza viwango vya kudumu vya urejeshaji wa sumaku kutoka 60% hadi 95%.
· Mchanganyiko wa msingi wa bio chini ya kaboni za kaboni.
Kutoka kwa metali za jadi hadi nyuzi za kaboni, kutoka kwa fani za mitambo hadi ushuru wa sumaku, mabadiliko ya rotors za kasi kubwa ni historia iliyofupishwa ya uvumbuzi wa viwandani. Teknolojia hii inaendelea kuendeleza haraka, na matumizi ya siku zijazo katika nishati iliyosambazwa, utafutaji wa nafasi, na zaidi. Kama vile rotor inavyohifadhi usawa kwa kasi kubwa, maendeleo ya kiteknolojia lazima yapate usawa kamili kati ya uvumbuzi na kuegemea, utendaji na gharama. Kujua kitendo hiki cha kusawazisha bado ni lengo la mwisho kwa wahandisi.
