¿Alguien construye alternadores de 100k RPM?

Es posible construir un alternador / generador de acoplamiento directo. Tanto la industria de energía alternativa como el Departamento de Defensa de los Estados Unidos han estado invirtiendo en esta área durante varias décadas. Lo atractivo de los turbogeneradores de accionamiento directo es la extremadamente baja relación potencia / peso, a pesar de que las eficiencias son terribles en esta escala.

Capstone Corp ha estado haciendo esto durante un tiempo en la clase de 60 kW, principalmente para energía de respaldo (a gas natural):

Otrosestántrabajandoenunidadesdemenorescala:enelrangode300Wa5kW,tambiéndeaccionamientodirecto.Sinembargo,nohevistomuchatracciónenlaindustriaenestostamaños.

enlace

¿Es posible? Sí.
¿Es práctico? Depende de la capacidad de la aplicación para cambiar la masa por el costo.

Para un poco de contexto adicional: existe un diseño particular de alternador adecuado para altas velocidades, como los obtenidos por acoplamiento directo de turbina. Se desarrollaron principalmente para su uso en fuentes de alimentación ICBM, donde el peso es valioso, mientras que el exceso de gases sobrecalentados se envuelve de forma gratuita.

enlace

También se debe tener en cuenta que el primer turbogenerador, desarrollado y demostrado por C. A. Parsons en 1884, era de tipo de accionamiento directo y funcionaba a 18k rpm (con una potencia nominal de 7,5 kW).

Me doy cuenta de que este hilo está muerto, pero solo para la posteridad, una compañía en Boston, MA, tecnología Satcon, produjo una transmisión de doble turbo alternador para un automóvil americano de Le Mans en 1994. El presupuesto fue pagado por Chrysler. El turboalternador de alta velocidad creo que giró a 100krpm y la velocidad baja a 50krpm. Ambos de estos dispositivos funcionaban con metano líquido como combustible y eran dispositivos de acoplamiento directo. Entregaron potencia a un volante de 80 libras de fibra de carbono que giraba a 60krpm. Luego, la potencia fue entregada según la demanda (el pedal del acelerador) al motor de tracción, por lo que el volante a su vez era un alternador de alta velocidad. El motor de tracción era un agua, un motor de inducción de jaula de ardilla refrigerado, controlado por vector, que funcionaba a 24kRPM con un torque de 350 pies lbs de torque a 12kRPM, y 150% de ese torque a 0RPM. El presupuesto del proyecto fue originalmente de USD35 millones para 3 motores. Toda esta tecnología, incluidos los circuitos y controles del controlador, se desarrolló y muchos de ellos fueron patentados por Satcon Technology. Todavía están por ahí, pero no estoy seguro de si aún pueden desarrollar este tipo de tecnología. El coche fue considerado no viable debido a preocupaciones con el volante. En otras palabras, el resto es práctico, es solo que si el automóvil se estrellara y se girara al revés, el volante probablemente se rompería, las partes del volante probablemente atravesarían la carcasa, luego el tanque de GNL y el conductor.

En términos de eficiencia, este automóvil convirtió la energía química en mecánica, en eléctrica (turboalterntores), luego nuevamente en mecánica (volante), luego nuevamente en eléctrica (para alimentar el motor de tracción), y luego nuevamente en mecánica (motor de tracción) Con una eficiencia superior al 70%. Todo depende de los componentes que uses y las tolerancias que estés dispuesto a aceptar.

Por lo que recuerdo, la electrónica pesaba 110 lb (administrando 3.5MW) y el motor de tracción alrededor de 150 lb. Los turboalternadores eran pequeños, y probablemente eran la parte más ligera del grupo.

Aquí hay un enlace, pero no tome lo que dice todo lo que dice literalmente. Satcon tenía al menos 50 ingenieros trabajando en ese proyecto, y cada parte del proyecto requería el desarrollo de nuevas tecnologías. En este artículo le echan la culpa a Satcon, pero hasta el día de hoy me sorprende que la cosa haya funcionado (y así fue, en el laboratorio):

enlace

Aquí hay otro enlace:

enlace

Como entendí la pregunta, ¿es posible hacer que un grupo electrógeno de turbina funcione a 100krpm? Primero, ¿cuál es el retorno de la construcción de tal conjunto o cuál es la ventaja de este conjunto sobre los emocionantes? Para los designadores de sistemas de energía, los generadores deben funcionar para proporcionar voltaje y corriente con una frecuencia de 50Hz o 60Hz a nivel internacional, esta frecuencia está relacionada con la velocidad ... contin .... más adelante

Anexo breve a las otras preguntas: no puede usar un motor de turbina de empuje para generar energía de eje de manera eficiente, o al revés. Estos son casi fundamentalmente diferentes tipos de generadores de combustión continua. Si desea utilizar una turbina para generar energía eléctrica, intente encontrar turbinas de helicópteros en miniatura. Estos están diseñados para no generar empuje en los gases de escape, sino para crear una gran cantidad de torque en el eje.

Si todo lo que quiere hacer es crear la mayor cantidad de energía eléctrica en la menor cantidad de peso y espacio, los motores Wankel (rotativos) también son una excelente opción. Estos funcionan a 15-25krpm, lo que está dentro del rango de los generadores de accionamiento directo DC disponibles en el mercado. Una compañía llamada EVDrive tiene un extensor de rango de este tipo (25kW Motor Wankel + generador eléctrico) del tamaño de un maletín.

Creo que sus expectativas no son realistas a menos que tenga un presupuesto del gobierno detrás de usted. Hay mejores formas de obtener alta potencia de una unidad pequeña, dependiendo de su caso de uso exacto, restricciones, etc.

Hay un generador militar de bolsillo que funciona con diésel, no puedo encontrar un enlace ahora (posiblemente se haya descontinuado o se haya caído), pero me parece que girar cosas a miles de RPM está arrojando una gran cantidad de los desafíos de ingeniería que otros métodos evitarían, especialmente cuando también necesita que sea pequeño & luz.

Comenzaría con una hoja de papel en blanco y vería cuál es el problema de raíz que estás tratando de resolver (X cantidad de kWh de un dispositivo que no pesa más que Y / no más grande que Z) y luego comenzar a ver cuál Las tecnologías podrían ser más adecuadas. Puedes terminar con algo completamente diferente.

La vibración del rotor del generador lo haría diferente, ya que el rotor y los cojinetes pesarían más que el rotor de la turbina.

Lo mejor es usar los engranajes de reducción del rotor Heli que están diseñados para ese motor con embrague centrípeto.

El perfil de carga del generador debe coincidir con la reducción de la turbina / engranaje para las RPM y el consumo de energía. Podría sugerir un motor japonés de cierta marca, pero no tengo experiencia en primera mano.