تحلیل و بررسی تجربی عملکرد کمپرسور تک واحده دوطرفه با مکانیزم نیم چرخ دنده و شانه ای در انتقال توان

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، ایران

4 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، یک کمپرسور تک واحده دوطرفه با مکانیزمی جدید در انتقال توان از نوع نیم چرخ‌دنده و شانه‌ای ساخته شده و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در این ساختار، دو پیستون در وضعیت مخالف یکدیگر جهت تولید هوای فشرده پیش بینی شده است، لذا در هر چرخش محور خروجی، دو کورس تولید هوای متراکم وجود دارد. در مکانیزم انتقال توان نیز از یک دنده‌شانه‌ای دوگانه و یک نیم‌چرخ‌دنده استفاده شده‌است، به طوری که با ورود انرژی به محور کمپرسور، نیم‌چرخ‌دنده به حرکت درآمده و منجر به حرکت خطی رفت و برگشتی دنده‌شانه‌ای و پیستون‌های کمپرسور می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که در وضعیت تجربی، مقدار انرژی مصرف شده جهت رسیدن مخزن به فشار 4 بار برابر با 6/142 کیلوژول است در حالی‌که حداقل کار مصرفی تئوری کمپرسور در وضعیت دما ثابت جهت رسیدن به همان فشار برابر با 5/72 کیلوژول است و این به منزله راندمان 51 درصدی این ساختار در قالب کارکرد در وضعیت کمپرسور می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهد، بکارگیری حرارت از منابع تلف شده جهت افزایش فشار مخزن، از 4 بار به 5 بار، منجر به افزایش راندمان در حدود 60 درصد خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Quaschning VV (2019) Renewable energy and climate change. Wiley-Blackwell, Hoboken, New Jersey, 2nd edition.
[2] Child M, Kemfert C, Bogdanov D, Breyer C (2019)  Flexible electricity generation, grid exchange and storage for the transition. Renewable Energy (RE) 139:80–101.
[3] Creutzig F, Breyer C, Hilaire J, Minx J, Peters Glen J, Socolow R (2019) The mutual dependence of negative emission technologies and energy systems. Energy & Environ. Sci. 6:1805– 1817.
 [4] Letcher T (2019) Storing electrical energy. In Managing Global Warming. An Interface of Technology and Human Issues; Academic Press: New York, NY, USA, pp. 365–377.
[5] Denholm P and Mai T (2019) Timescales of energy storage needed for reducing renewable energy curtailment. Renewable Energy 130:388–399.
[6] Zakeri B and Syri S (2015) Electrical energy storage systems: A comparative life cycle cost analysis. Renew. and Sust. Energy Rev. 42: 569–596.
[7] Amirlatifi A, Vahedifard F, Degtyareva M, Turner R, Sullivan B, Santra R, Esposito R (2021) Reusing abandoned natural gas storage sites for compressed air energy storage. J. Environ. Geotech. 8(1): 55–68.
[8] Li Y, Miao S, Yin B, Yang W, Zhang S, Luo X,  Wang J (2019) A real-time dispatch model of caes with considering the part-load characteristics and the power regulation uncertainty. International J. Electric. Power and Energy Sys. 105: 179–190.
[9] Akinyele DO and Rayudu RK (2014) Review of energy storage technologies for sustainable power networks. Sust. Energy Tech. and Assess. 8: 74–91.
[10] Malekan M, Khosravi A, Zhao X (2019) The influence of magnetic field on heat transfer of magnetic nanofluid in a double pipe heat exchanger proposed in a small-scale caes system. Appl. Therm. Eng. 146:146–159.
[11] Mishra KR and Sugandh G (2016) Study about engine operated by compressed air (C.A.E): a pneumatic power source. IOSR J. Mech. and Civil Eng.11: 99-103.
[12] Lee CY and Zhao M (2011) Pneumatic regenerative engine braking technology for buses and commercial vehicles. SAE Int. J. Engines 4(3):2687-2698.
[13] Cai ML, Kawashima K, Kagawa T (2006) Power assessment of flowing compressed air. J. Fluids Eng. 128:402-405.
[14] He W and Wang J (2018) Optimal selection of air expansion machine in compressed air energy storage. Renewable and Sust. Energy Rev.87:77–95.
[15] Fang Y, Lu Y, Yu X, Roskilly AP (2018) Experimental study of a pneumatic engine with heat supply to improve the overall performance. Appl. Therm. Eng. 134:78-85.
[16] Verma SS (2013) Latest developments of a compressed air vehicle: a status report. Global J. Res. in Eng. 13(1):1-10.
[17] Wasbari F, Bakar RA, Gan LM, Tahir MM, Yusof AA (2017) A review of compressed-air hybrid technology in vehicle system. Renewable and Sust. Energy Rev. 67:935-953.
[18] Tammam B, Rafic Y, Adrian I, Jean P (2012) A new hybrid pneumatic combustion engine to improve fuel consumption of wind–diesel power system for non-interconnected areas. Appl. Energy 96:459–476.
[19] Chi-Min L, Chin-Lun H, Cheng-Kuo S, Chih-Yung H (2016) Performance analysis of a two-stage expansion air engine. Energy 115:140-148.
[20] Yidong F, Yiji L, Xiaoli Y, Roskilly AP (2018) Experimental study of a pneumatic engine with heat supply to improve the overall performance. Appl. Therm. Eng. 134:78-85.
[21] Bravo R, De Negri VJ, Oliveir AA (2018) Design and analysis of a parallel hydraulic–pneumatic regenerative braking system for heavy-duty hybrid vehicles. Appl. Energy 225:60–77.
[22] Massimo C and Bonaventura G (2017) Experimental analysis and thermo-fluid-dynamic simulation of a reciprocating compressor with non-conventional crank mechanism. Energy Proc. 126:1139–1146.
[23] He Y, Xing L, Zhang Y, Zhang J, Cao F, Xing Z (2018) Development and experimental investigation of an oil-free twin-screw air compressor for fuel cell systems. Appl. Therm. Eng. 17:1359-4311.
[24] Wiratkasem K, Pattana S, Tippayawong KY, Tippayawong N (2020) Developing the high energy performance standards for oil-injected air-cooled screw air compressor for Thailand. Energy Rep. 6:617–621.
[25] Anan T, Pongsakorn K , Phadungsak R, Ratthasak P (2020) Experimental investigation of vortex tube for reduction air inlet of a reciprocating air compressor. Case Stud. in Therm. Eng.19:100617.
[26] Opokua R, Sekyerea Charles KK, Ackumey S, Abotsid Obed YW, Kizitod JP (2020) Exergoeconomic analysis of staggered tube cross-flow heat recovery unit incorporated into industrial air-compressor for process water heating. Energy Conv. and Manag. X 7:100055.
[27] Vikram CP, Jun L, Paul IR (2020) Efficiency improvement of liquid piston compressor using metal wire mesh for near-isothermal compressed air energy storage application. J. Energy Stor. 28:101226.
[28] عزیزی فر شهرام و بعنونی سالم (1396) مدل‌سازی و بهینه‌سازی سیستم هوای فشرده صنعتی با متغیرهای واقعی کارایی در مناطق گرمسیر. نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 47(1): 189-197.
[29] خزعلی مجید و کعبی نژادیان عبدالرزاق (1398) مطالعه­ای  بر سیستم ذخیره سازی انرژی هوای فشرده، مجله علمی مهندسی مکانیک 132: 97-59.
[30] Cengel YA and Bolles MA (2019) Thermodynamics: an engineering approach. 9th Edition, McGraw Hill Book Company, New York.
[31] Norton RL (2007) Design of machinery, MC Graw-Hill. Third edition.
[32] Liu CM, Wang YW, Sung CK, Huang CY (2017) The Feasibility Study of Regenerative Braking Applications in Air Hybrid Engine. Appl. Energy, Energy Proce. 105:4242 – 4247.
[33] He W and Wang J (2018) Optimal selection of air expansion machine in Compressed Air Energy Storage. Renewable and Sust. Energy Rev. 87:77–95.