Рекуперация энергии торможения (принципиальные решения, реализации)

Рекуперация, торможение, энергия
 

Aurum

опытный

Как известно рекуперация давно применяется на рельсовом транспорте. Но ведь на дороге, особенно в городском цикле, неравномерность движения автомобильного транспорта ещё более значительна. Рекуперация явно могла бы давать значительную экономию топлива, думаю оценочно ~30%. Особенно это было бы актуально для грузового транспорта.

Какие возможны, предлагаются или может предлагались раньше принципиальные решения для рекуперации энергии торможения?

Были ли успешные примеры практической реализации?

Понятно, что у гибридных автомобилей или электромобилей эта проблема снимается, но пока эти решения для грузовиков особенно тягачей эти решения не актуальны.

Может предлагались схемы на основе маховика напр.?
 49.049.0
+
-
edit
 
Aurum> Были ли успешные примеры практической реализации?
Троллейбусы.
Вы их видите ежедневно, но спрашиваете.
 26.026.0
+
-
edit
 

Aurum

опытный

Bredonosec> Троллейбусы. Вы их видите ежедневно, но спрашиваете.
С электротранспортом, понятно.
Я интрересуюсь решениями для большегрузных автомобилей. Просто посмотрел как на трассе 20-30-тонные фуры тормозят, да сам тягач, тонн 10, и представил сколько энергии и бензина в тепло уходит.
Неужели не конструировали каких-то решений для них?
 49.049.0

ahs

старожил
★★★★
Aurum> Неужели не конструировали каких-то решений для них?

Тормоза в авто - система с самой большой мощностью (отводимой). Например, у формульных болидов тепловая мощность тормозов превышает 3000 л.с. Думаю, что у грузовиков цифры сравнимые или выше. Соорудить электромагнитную рекуперацию даже 10% этой мощности в авто - нетривиальная инженерная задача. Хотя в формуле-1 таки применяется, но там все равно есть нижний порог снаряженной массы и аккумы элегантно заменяют балласт. Грузовикам соразмерное запасаемой мощности усложнение нафиг не упиралось. Даже тормоз на выхлоп (горный тормоз) не везде ставят.

Так что ждём на электрогрузовиках.
Как показали исследования, те кто занимается утренней гимнастикой умирают гораздо реже, потому что их гораздо меньше.  53.0.2785.12453.0.2785.124

Aurum

опытный

ahs> ...у формульных болидов тепловая мощность тормозов превышает 3000 л.с.
Кстати мощность движка у них всего 750 л.с. - в 4 раза меньше!!!
ahs> Думаю, что у грузовиков цифры сравнимые или выше.
Ну не знаю, считать надо из массы брутто, скорости и тормоз. пути.
Всё-таки траки не тормозят так энергично, а там где часто тормозят, там едут с не очень большой скоростью.
ahs> Соорудить электромагнитную рекуперацию даже 10% этой мощности в авто - нетривиальная инженерная задача. Грузовикам соразмерное запасаемой мощности усложнение нафиг не упиралось.
Во 1х и 10% - это 300 л.с. - у многих траков такова мощность двигателя. Но для более мощных можно бы и побольше. Тут надо искать оптимальное соотношение.
Во 2х никто не настаивает на чисто электрической рекуперации энергии в аккумуляторы.

Можно ведь раскручивать маховик, а потом он через электромотор (точнее электромуфту) отдавал бы энергию. Где-то читал статью про продвинутые конструкции современных маховиков. 10-15-тонному траку маховик массой 50-100 кг погоды не сделает (считаем масса всего устройства в 2 раза больше), зато соляры может экономить, ого-го!

Но может быть не электро- а гидромуфта тож, которую вообще с гидротрансмиссией можно объединить.

А вон про Формулу 1 посмотрел, так там Williams вроде как KERS/ERS поставила на турбину
Перед началом сезона 2009 года из всех команд-участниц чемпионата лишь Williams объявила о разработке механической системы рекуперации, в то время как все остальные отдали предпочтение электрической, с применением специальных аккумуляторов.
 

Тоже толковое решение т.к. обороты турбины и маховика вполне могут быть равными (~10.000-20.000 c-1)/ Тогда после торможения маховик отдаёт энергию турбине и самому двигателю, тогда как тот не тратит энергию на её раскрутку.

У больших мощных дизелей вполне можно применять силовую турбину/ны т.е. такую которая не только вращает нагнетатель, но и отдаёт часть мощности в виде мех. работы на вал (такое решение вполне применялось в авиационных поршневых движках последнего поколения).

Тогда опять же, стыкуем маховик с силовой турбиной и вот он и движок наддувает рекуперативно и сам трак на старте разгоняется "на шару".

ahs> Даже тормоз на выхлоп (горный тормоз) не везде ставят.
Извиняюсь а это чо такое?
 49.049.0
Это сообщение редактировалось 04.10.2016 в 17:44
+
-
edit
 

ждан72

аксакал
★☆
Aurum> Может предлагались схемы на основе маховика напр.?
было в какой то передаче вроде как в ЭВМ (это вы можете) два маховика и система передачи вращения через наматывание ремня на шкив. при наматывании меняется скорость вращения и один маховик замедляется другой разгоняется. потом при трогании с места вращение опять передается с накопительного на исполнительный маховик.
 49.049.0

ahs

старожил
★★★★
ahs>> Даже тормоз на выхлоп (горный тормоз) не везде ставят.
Aurum> Извиняюсь а это чо такое?

Затычка выхлопа для более эффективного торможения двигателем. Очень востребованная штука при частых и длительных торможениях, ведь перегреть тормоза у грузовика куда проще, чем на л/а, да и колодки не бесплатные. Стоит копейки, но экономят. Да что там, даже грузовые дисковые тормоза кучу лет только в проектах.
Как показали исследования, те кто занимается утренней гимнастикой умирают гораздо реже, потому что их гораздо меньше.  53.0.2785.12453.0.2785.124

Aurum

опытный

ahs> Затычка выхлопа для более эффективного торможения двигателем. Очень востребованная штука при частых и длительных торможениях,
Т.е. торможение двигателем получается, он начинает работать как насос без выхода? А сцепление не отключается или как? Может проще двиглу дыхалку перекрывать?

ahs> Да что там, даже грузовые дисковые тормоза кучу лет только в проектах.
Ну так в том то и дело что дисковые тормоза ни какого гешефта не приносят, а рекуперация - и топливо экономит и экологии помогает. Вспомните как дымят дизеля на старте, когда движок ещё не раскрутился, наддув слабенький и сгорание не полное!
 49.049.0
Это сообщение редактировалось 04.10.2016 в 17:58

ahs

старожил
★★★★
Aurum> Т.е. торможение двигателем получается, он начинает работать как насос без выхода? А сцепление не отключается или как? Может проще двиглу дыхалку перекрывать?

Именно так, классическое торможение двигателем плюс давишь кнопку на полу. А дыхалка, которая заслонка дроссельная, и так перекрыта - ты же поднял ногу с акселератора ;) с горным торможение ещё эффективнее.
Как показали исследования, те кто занимается утренней гимнастикой умирают гораздо реже, потому что их гораздо меньше.  53.0.2785.12453.0.2785.124

kaouri

втянувшийся

Aurum> Можно ведь раскручивать маховик, а потом он через электромотор (точнее электромуфту) отдавал бы энергию. Где-то читал статью про продвинутые конструкции современных маховиков. 10-15-тонному траку маховик массой 50-100 кг погоды не сделает
Сделает, но не по массе, а по цене.
Aurum> А вон про Формулу 1 посмотрел, так там Williams вроде как KERS/ERS поставила на турбину
Весьма сомнительно что на ГТН. Во всех автомобильных видах спорта проблема с реакциями ГТН на подачу топлива.
Aurum> Тоже толковое решение т.к. обороты турбины и маховика вполне могут быть равными (~10.000-20.000 c-1)/
20.000с-1 это 1.200.000 об\мин. Нынешние автомобильные ГТН развивают 200-250 тыс об\мин, а у грузовыых эти параметры ограничены на уровне 60 тыс. ЕМНИП.
Aurum> У больших мощных дизелей вполне можно применять силовую турбину/ны т.е. такую которая не только вращает нагнетатель, но и отдаёт часть мощности в виде мех. работы на вал
Турбокомпаундирование давно известно в технике, но так же давно не применяется из-за неоправданного усложнения турбокомпаунда.
Я был в комсомоле, но все равно привык общаться на "вы".  47.047.0

kaouri

втянувшийся

ahs> Да что там, даже грузовые дисковые тормоза кучу лет только в проектах.
MB Actros - ЕМНИП давно работает на дисковых тормозах, во всяком случае кто-то из европейцев точно выпускает магистральные тягачи с дисками.
Я был в комсомоле, но все равно привык общаться на "вы".  47.047.0
+
-
edit
 
Aurum> Кстати мощность движка у них всего 750 л.с. - в 4 раза меньше!!!
вот именно.

Aurum> Ну не знаю, считать надо из массы брутто, скорости и тормоз. пути.
Aurum> Всё-таки траки не тормозят так энергично, а там где часто тормозят, там едут с не очень большой скоростью.
Траку надо иметь тормоза, способные без затухания остановить его с максимальной скорости при максимальном весе.
А это, (не знаю ттх, возьму от балды просто чтоб понятен ход мыслей был) 30 тонн на 180 кмч (или 50м/с). 2500*30 000 /2 = 37 500 000 дж. энергии.
Учитывая, что 1 ВА = 1 Дж/сек, учитывая, что ускорение торможения обычно 0,5, то есть, время грубо 10 секунд, то мощность нам нужна в 3,75 мегаватт. Минимум (бо работа на предельной - это выгорание обычно)
Или нечто, способное сожрать 868 амперчасов (при 12 вольтах напруги) за 10 секунд.
Даже кондеры столько не сожрут, или возить надо будет ползагрузки ))
То есть, штатные тормоза надо оставить, но вдобавок к ним навесить электрические.

На концепт гибрид-кара с мотор-колесом пойдет, но на трассах, думаю, еще дооолго не выйдет.

Aurum> Можно ведь раскручивать маховик, а потом он через электромотор (точнее электромуфту) отдавал бы энергию.
еще больше веса, больше сложностей, дороже.

Aurum> У больших мощных дизелей вполне можно применять силовую турбину/ны т.е. такую которая не только вращает нагнетатель, но и отдаёт часть мощности в виде мех. работы на вал (такое решение вполне применялось в авиационных поршневых движках последнего поколения).
И по воспоминаниям было очень малонадёжным, глючным.
 26.026.0

Aurum

опытный

kaouri> Нынешние автомобильные ГТН развивают 200-250 тыс об\мин, а у грузовыых эти параметры ограничены на уровне 60 тыс. ЕМНИП.
Обшибся, мин-1 имел ввиду. Я в автомобильных ТК не спец, мне и 60 тыс. кажется много, а 200-250 тыс. просто запредельно (на мой взгляд), в авиационных ГТД - 10-20 тыс. мин-1, а повышение давления там очень неплохое.
kaouri> Турбокомпаундирование давно известно в технике, но так же давно не применяется
Просто почти всё где оно применялось перешло на чистые ГТД. Хотя на морских дизелях завода "Звезда" применяются и силовые турбины.
kaouri> ...из-за неоправданного усложнения турбокомпаунда.
не такое уж там усложнение, да и вообще я привёл пример как один из вариантов.

Вот в статейке ещё 2007 года упоминаются некоторые из предложенных мной вариантов

Тяжелые гибриды

Гибридные автомобили требуют меньше топлива, но пока стоят слишком дорого. Лишь когда цена топлива, льготы и новые технологии сделают их выгоднее, на улицах появятся гибридные грузовики и автобусы. // old.computerra.ru
 
Параллельное включение двигателя внутреннего сгорания и электромотора используется, например, в экспериментальных грузовиках и автобусах компании Volvo. При поддержке шведского правительства она планирует сначала испытать, а затем и выпускать серийно машины, которые при езде с частыми остановками и разгонами (это оптимальный режим при использовании систем рекуперации энергии) смогут экономить до 35% топлива.

А американская компания Peterbilt наряду с электрическими гибридами разрабатывает и гидравлические, в которых кинетическая энергия при торможении преобразуется не в электричество в аккумуляторе, а в давление гидравлической жидкости. В дальнейшем энергия гидропривода используется при начале движения машины, что также позволяет экономить топливо, расход которого при отправлении выше, чем рабочем режиме.
 
 49.049.0
Это сообщение редактировалось 04.10.2016 в 20:10
+
-
edit
 
Aurum> Обшибся, мин-1 имел ввиду. Я в автомобильных ТК не спец, мне и 60 тыс. кажется много, а 200-250 тыс. просто запредельно (на мой взгляд), в авиационных ГТД - 10-20 тыс. мин-1, а повышение давления там очень неплохое.
Эффективность гтд растет с ростом диаметра. Авиационные гтд имеют диаметр до 4 метров (при этом горячая часть больше метра)
А легковушкин ТК трогал недавно. Центробежный компрессор в одно колесо входным диаметром сантиметров 7, выходным - где-то вдвое больше.
На той же оси колесо турбинки аналогичных габаритов. Для достижения тех же поступательных скоростей на расстояниях, на порядок ниже авиационных, надо и число оборотов подымать аналогично. А если еще вспомнить рейнольдсы, которые как коэф подобия, показывают соотношение характерного размера тела (длины хорды) к длине свободного пробега молекулы, то и еще больше.
Так что, всё как и должно быть.
ГТД размером с монетку может работать на скоростях порядка миллиона оборотов.

Aurum> не такое уж там усложнение,
авиаторы плевались..
 26.026.0

kaouri

втянувшийся

Aurum> в авиационных ГТД - 10-20 тыс. мин-1, а повышение давления там очень неплохое.
ГТН - ГазоТурбоНагнетатель и именно ГТН устанавливается на ДВС. ГТД - ГазоТурбинныйДвигатель, который и применяется в авиации. Несмотря на всю схожесть абривеатур и принципов работы это все таки противоположные концы одной палки.
Aurum> Просто почти всё где оно применялось перешло на чистые ГТД. Хотя на морских дизелях завода "Звезда" применяются и силовые турбины.
Т.е. на звездочке применяют не ГТН, а турбокомпаундирование?
Aurum> не такое уж там усложнение
Многоступенчатый понижающий редуктор - это небольшое усложнение?
Я был в комсомоле, но все равно привык общаться на "вы".  47.047.0

Aurum

опытный

kaouri> Т.е. на звездочке применяют не ГТН, а турбокомпаундирование?
Там и так и так в зависимости от оборотов через гидромуфту.
Вот лучшее описание звёздочек что я нашёл:

Yakovlev M-501 and Zvezda M503 and M504 Diesel Engines

One of the largest aircraft engines ever made, the 42-cylinder Yakovlev M-501 was modified into the Zvezda M503 marine engine. A further redesign created the 56-cylinder Zvezda M504. // oldmachinepress.com
 

Чо-та наша литература по ним не попадается.

kaouri> Многоступенчатый понижающий редуктор...
Оказывается можно и без него. А если даже и с редуктором, то во 1х обороты силовой турбины будут значительно меньше чем у ТК легковушки и хватит одной ступени. По крайней мере в авиамоторах приводные нагнетатели имели обороты 10000-20000 мин-1, что было в 5-8 раз больше чем обороты коленвала, на передачи нормально работали с нач. 30-х годов, а с сер. пошли 2-х скоростные мех. передачи.
 49.049.0
Это сообщение редактировалось 05.10.2016 в 17:17

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru