Kompresor udara yang berfungsi sebagai motor pneumatik?

Saya sedang mengerjakan sistem penyimpanan energi udara terkompresi. Ukuran dan berat sistem sangat dibatasi; tidak ada yang (idealnya) melebihi beberapa pound. Untuk alasan ini, saya ingin menyimpan energi (kompres gas) dan mengekstraksi energi (membuat gas bekerja) dengan mekanisme yang sama secara berputar .

Pada dasarnya yang saya butuhkan adalah kompresor udara putar yang, ketika udara didorong melalui arah yang berlawanan, berfungsi ganda sebagai motor pneumatik. Saya bekerja dengan tekanan yang cukup tinggi (saya memperkirakan beberapa ratus psi) tetapi volume rendah. Dalam pencarian saya, saya telah menemukan sejumlah besar kompresor udara putar kompak dan motor pneumatik putar, tetapi hampir tidak ada komentar tentang sistem apa yang akan bekerja sebagai keduanya.

Bagi saya, tampaknya sangat intuitif bahwa kompresor udara dapat memiliki sifat-sifat ini, tetapi saya tidak ingin langsung mengambil kesimpulan. Saya telah melihat beberapa kompresor, dan yang paling sesuai dengan situasi saya adalah:

Kompresor sentrifugal
Kompresor aliran aksial
Kompresor sekrup putar
Kompresor baling-baling putar

Kompresor sentrifugal sangat ideal, tetapi tampaknya di mata saya paling mungkin reversibel, setidaknya dengan efisiensi apa pun. Saya juga melihat motor pneumatik, yang tersedia lebih sedikit. Yang paling berlaku tampaknya adalah:

Motor baling-baling putar

Sistem lain, seperti motor pietro, jelas tidak berlaku pada aplikasi saya yang ringan dan ringkas. Korelasi antara kompresor baling-baling putar dan motor baling-baling putar menjanjikan, tetapi saya ingin tahu tentang opsi yang saya miliki.

Sistem kompresi gas putar apa yang dapat berfungsi ganda sebagai motor yang ditenagai oleh gas yang mereka kompres?

EDIT Jawabannya kemungkinan besar terletak pada kesamaan antara turbin radial (centripetal) dan kompresor sentrifugal.

— MikeJava
sumber

Dan kompresor piston-valve?

— ratchet freak

@ scratchetfreak Pemikiran yang bagus. Kompresor piston-valve mungkin cocok dengan kebutuhan ini. Sayangnya, kompresor piston-katup adalah bolak-balik, yang berarti lebih banyak getaran dan (tidak harus, tetapi saya bayangkan secara praktis) berat daripada batasan saya akan benar-benar memungkinkan. Saya mencari kelancaran kompresor rotary.

— MikeJava

Volume rendah, aplikasi head tinggi umumnya membutuhkan turbin impuls untuk turbin putar. Karena itu tampaknya sangat sulit untuk berubah menjadi kompresor juga, saya akan memilih opsi @ratchetfreak. Jika saya jadi Anda, saya akan memfokuskan penelitian saya pada mobil yang berjalan di udara terkompresi, karena saya pikir mereka mungkin sudah mengembangkan sistem persis yang Anda gambarkan, dan jika saya tidak salah, mereka memang menggunakan sistem katup-piston.

— Sanchises tanggal

@survei Saya tidak melihat mengapa tekanan tinggi, aplikasi volume rendah tidak dapat dipenuhi oleh berbagai motor udara berputar. Mengapa Anda mengatakan turbin impuls diperlukan? Saya pasti kehilangan beberapa sisi dari situasi ini. Juga, saya pasti tidak akan terkejut jika banyak teknologi otomotif yang muncul mengadopsi sistem katup piston, itu yang paling masuk akal bagi mereka. Tetapi pertanyaan ini sebenarnya tentang sistem putar, kelebihannya banyak. Saya akan mengedit pertanyaan untuk membuatnya lebih jelas.

— MikeJava

@ MikeJava Saya tidak mengatakan itu tidak mungkin - Saya hanya mengatakan bahwa cara paling efisien menggunakan turbin putar untuk aplikasi volume rendah adalah afaik turbin impuls, di mana ada banyak pilihan (seringkali hanya terkait dengan bagaimana tepatnya baling-baling turbin dirancang). Saya tidak dapat menemukan buku saya tentang itu, jadi saya kira orang lain harus datang dengan jawaban yang pasti.

— Sanchises tanggal

Jawaban:

Saya akan merekomendasikan sistem sentrifugal condong ke depan , seperti kipas melengkung ke depan .

Input / output daya perangkat apa pun, tempat cairan masuk / keluar dengan laju cairan $Q$ di $V$ dan masuk / keluar secara miring $\theta$ dengan kecepatan $U$ , akan menjadi:

P = (V - U) (1 - \cos (θ)) ρ Q U

$\mathcal P = (V-U)(1-\cos(\theta))\rho QU$ .

Jika perangkat ini menekan gas, input daya berjalan terbalik. Dalam kedua kasus, sudut membantu. Lihat segitiga kecepatan .

Hati yang sebenarnya dari ini akan turun ke menempatkan beberapa katup yang bagus di celah. $U$ adalah pedang bermata dua - sementara itu meningkatkan kekuatan Anda, jika $V$ tidak terlalu tinggi dibandingkan dengan $U$ tidak ada yang benar-benar terjadi. Jangan lupa $Q$ tergantung pada $V$ atau $U$ , tergantung pada bagaimana Anda melihatnya. Kunci untuk memodifikasi ini adalah untuk membatasi pembukaan saluran masuk Anda (ke mana pun Anda menjalankannya) ke celah yang sangat kecil untuk mendapatkan yang tertinggi $V$ mungkin, sambil menjaga stopkontak dikontrol dengan hati-hati agar tidak menyempit $Q$ atau $U$ melampaui apa yang perlu dijaga $V/U$ layak.

Mungkin menggunakan ini sebagai tahap pertama dalam kompresor putar dua tahap juga bisa membantu - tahap kedua adalah kompresor putar sejati untuk benar-benar meningkatkan tekanan, tetapi ini membantu tahap kedua untuk meningkatkan tekanan di luar atmosfer.

Pada akhirnya tidak ada perangkat di pasaran yang akan dibangun untuk layanan aneh ini - tetapi dengan memiliki sistem putar yang cukup simetris dengan input yang dikontrol dengan cermat akan menghasilkan beberapa hasil yang layak. Saya pasti akan berkonsultasi dengan produsen penggemar kustom.

— Menandai
sumber

Pikiran Anda tampaknya memperkuat asumsi saya bahwa turbinina ini memiliki karakteristik yang diperlukan untuk dapat dibalik. Kipas miring ke depan terlihat sangat mirip dalam operasinya dengan kompresor sentrifugal; Apakah kompresor sentrifugal juga dianggap sebagai sistem sentrifugal yang condong ke depan? Kompresor, jika sama seperti kipas, akan tampak memiliki beberapa keunggulan dibandingkan kipas. Dan saya melihat apa yang Anda maksud dengan hati-hati mengendalikan berbagai variabel dalam sistem. Itu pasti diperlukan untuk aplikasi ini. Persamaan ini sangat membantu

— MikeJava

Secara teori persamaan itu berjalan maju atau mundur. Namun, saat menggunakan perangkat yang sama, sejak

Q

$Q$ didasarkan pada area penampang, V dan U dioptimalkan untuk satu arah dalam desain inlet dan outlet. Taruhan terbaik Anda adalah mengoptimalkannya untuk pembangkitan, karena Anda hanya memiliki wadah terbatas udara bertekanan, tetapi secara teoritis pasokan tanpa batas untuk kompres.

— Tandai

Itu semua sangat baik bila dilihat dalam konteks teori kipas sentrifugal yang dapat dibalik, tetapi klasifikasi 'kipas' yang sangat menyiratkan bahwa itu tidak cocok untuk menaikkan gas ke tekanan yang sangat tinggi sama sekali. Bisakah kipas sentrifugal meningkatkan udara ke psi terhormat?

— MikeJava

Saya akan mengatakan itu tidak akan menjadi psi tinggi. Itu sebabnya saya merekomendasikannya sebagai tahap pertama. Saya juga menggunakan "panggung" dalam konteks yang luas - seperti beberapa lapisan pertama kompresor putar yang dibentuk berbeda dari yang lain. Jadi Anda akan memompa udara terkompresi kembali ke tengah kompresor (yaitu yang terakhir dari berbagai bentuk lapisan) bukan lapisan terakhir perangkat.

— Tandai

Saya bukan ahli kompresor udara atau motor, tetapi dari pengetahuan saya yang terbatas, saya pikir ketika Anda mengatakan bahwa kompresor sentrifugal akan menjadi yang terbaik untuk kompresi dan Tesla Turbine akan ideal sebagai motor. Saya pikir mungkin untuk memasang mereka di poros yang sama tetapi di ruang kedap udara yang terpisah, dengan beberapa katup sehingga ketika turbin beroperasi udara dipompa keluar dari ruang kompresor, dan sebaliknya, agar tidak menyebabkan yang tidak semestinya resistensi dari impeller lainnya. Atau mekanisme kopling / pegangan yang memilih mana yang diputar dengan poros.

Perangkat semacam itu dapat dianggap sebagai kompresor / motor dua arah. Untuk mencoba melakukannya dengan impeller yang dioptimalkan untuk salah satu skenario tersebut, sepertinya Anda akan selalu tidak efisien dalam skenario lainnya.

— jhabbott
sumber

Saya tentu melihat bagaimana solusi yang baik (meskipun tidak sepenuhnya elegan) dapat dicapai dengan menempatkan dua mesin yang berbeda pada poros penggerak yang sama dan menggunakan beberapa potongan penghubung yang mewah. Tampaknya ini cara praktis dunia nyata yang bisa ditempuh. Sebuah desain yang menganut prinsip ini tetapi menggunakan kompresor van dan motor juga bisa secara estetis dan fungsional menyenangkan. Ini menarik, meskipun, bahwa Anda membuka turbin tesla. Ketika saya melihatnya, saya tidak hanya melihat turbin tetapi juga desain dasar kompresor sentrifugal. Kedua hal ini tanpa sudut bilah perlu dikhawatirkan.

— MikeJava

Saya memang memikirkan hal yang sama tentang turbin Tesla, tetapi saya tidak dapat menemukan banyak informasi tentang sebagusnya kompresor. Saya akan tertarik untuk melihat apakah ada orang yang mencoba mengukur seberapa bagusnya di kedua arah.

— jhabbott

Turbin tesla memang dapat digunakan dalam arah yang berlawanan. Dalam hal ini tampaknya disebut sebagai pompa tesla. Satu-satunya perbedaan antara turbin dan pompa tampaknya adalah bahwa dalam satu kasus, udara menyebabkan rotor berakselerasi, dan di lain, rotor menyebabkan udara berakselerasi. Ketika udara bekerja pada rotor, itu berputar ke dalam. Ketika rotor bekerja di udara, ia berputar ke luar, meningkatkan kecepatannya, persis seperti kompresor sentrifugal. Maka pertanyaannya adalah, 'apakah kompresor sentrifugal tanpa pisau bekerja?' Jika jawabannya ya, kami mungkin punya jawaban.

— MikeJava

Saya juga berasumsi bahwa penukaran sentrifugal / sentripetal akan berlaku untuk kompresor sentrifugal yang telah dikosongkan juga, bukan hanya turbin tesla.

— MikeJava