مضخة الهواء السلكية هو جهاز ضغط الغاز يستخدم على نطاق واسع في سيناريوهات السيارات والصناعية والطبية والمنزل. تؤثر كفاءة العمل بشكل مباشر على تكلفة تشغيل النظام وحياة المنتج وتجربة المستخدم النهائي. في بيئات معقدة مختلفة ، تؤثر درجة الحرارة ، كمتغير خارجي رئيسي ، بشكل مباشر على سعة النقل المادي وكفاءة نظام الطاقة ودقة التحكم في مضخة الهواء.
تؤثر التغييرات في كثافة الهواء على كفاءة شفط المضخة
تنخفض كثافة الهواء مع ارتفاع درجة الحرارة. في درجة حرارة الغرفة ، تبلغ كثافة الهواء حوالي 1.2 كجم/متر مكعب ، بينما تنخفض الكثافة بشكل كبير في بيئات درجة الحرارة العالية. عندما تعمل مضخة الهواء في ظل ظروف درجة حرارة عالية ، تنخفض كتلة الهواء الموجودة في حجم الوحدة ، مما يؤدي إلى انخفاض في كفاءة الضغط. نظرًا لأن حجم الهواء المستنشق بواسطة جسم المضخة يظل دون تغيير بنفس السرعة ، فإن الانخفاض في الكثافة يعني أن كتلة الهواء المستنشقة لكل وحدة زمنية تتناقص ، مما يؤدي مباشرة إلى انخفاض في كفاءة الإنتاج.
في بيئة درجة حرارة منخفضة ، تزداد كثافة الهواء ، ويحتوي الهواء على المزيد من الجزيئات لكل وحدة حجم ، وهو ما يفضي نظريًا لزيادة كفاءة الضغط. ومع ذلك ، مع زيادة لزوجة الهواء ، تزداد مقاومة تدفق الهواء ، والتي ستنتج مقاومة أكبر لنظام المكره أو المكبس ، مما يؤثر بشكل غير مباشر على نسبة كفاءة الطاقة. لذلك ، فإن درجة حرارة عالية جدًا أو منخفضة جدًا سيكون لها تأثير سلبي على كفاءة الشفط.
يتم تقييد الكفاءة الحرارية للمحرك بسبب درجة الحرارة المحيطة
مصدر الطاقة الأساسي لمضخة الهواء السلكية هو نظام المحرك. المحرك نفسه سوف يولد الحرارة أثناء التشغيل. كلما ارتفعت درجة الحرارة المحيطة ، كلما زادت صعوبة تبديد الحرارة ، وكلما زاد ارتفاع درجة حرارة اللف. ترتبط مقاومة المحرك بشكل إيجابي مع درجة الحرارة. لكل زيادة في درجة الحرارة في درجة الحرارة ، تزداد مقاومة الأسلاك النحاسية بحوالي 4 ٪ ، مما سيقلل مباشرة من كفاءة التحويل الحالية للمحرك ، مما يتسبب في تحويل المزيد من طاقة المدخلات إلى حرارة بدلاً من العمل الميكانيكي.
عندما تستمر درجة الحرارة في الارتفاع ، قد تعاني المادة المغناطيسية في المحرك من فقدان مغناطيسي ، وتنخفض كثافة التدفق المغناطيسي ، ويتم تقليل طاقة الخرج. إذا تجاوزت درجة الحرارة المحيطة النطاق المسموح به للتصميم ، فقد يتم أيضًا تشغيل آلية الحماية الحرارية ، مما يفرض تقليل الطاقة ، مما يؤثر بشكل خطير على كفاءة العمل.
في بيئة درجة حرارة منخفضة ، على الرغم من تحسين ظروف تبديد الحرارة للمحرك ، فإن نظام التشحيم سهل التزايد ويزيد مقاومة حركة الترس ، مما يؤدي إلى زيادة في تيار البداية وانخفاض كفاءة الطاقة الأولية. إذا لم يتم تحديد الشحوم ذات درجة الحرارة المنخفضة ، فقد تحدث مربى التآكل أو التشغيل المحلي بسبب فشل التزييت.
تؤثر ظاهرة انجراف درجة الحرارة لدائرة التحكم على كفاءة تنظيم النظام
تم تجهيز مضخات الهواء السلكية بشكل عام بأنظمة التحكم الإلكترونية لتنظيم الضغط والبدء التلقائي والتوقف وإدارة وقت التشغيل. ستؤثر التغيرات في درجة الحرارة على حالة عمل المكونات مثل المقاومات والمكثفات و MCU في دائرة التحكم ، مما يؤدي إلى انجراف درجة الحرارة.
في درجات حرارة عالية ، يزداد تقلب المعلمات الكهربائية للمكونات داخل وحدة التحكم ، ويصبح مرجع الجهد غير مستقر ، مما قد يتسبب في قراءات استشعار غير دقيقة وأخطاء الحكم في النظام. على سبيل المثال ، قد يتأخر مستشعر درجة الحرارة في الاستجابة للتغير الفعلي في درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى تشغيل المضخة لفترة أطول من المتوقع ، وزيادة استهلاك الطاقة ، وتقليل الكفاءة.
في درجات الحرارة المنخفضة ، تتباطأ سرعة استجابة المكونات الإلكترونية ، وتنخفض سعة المكثفات الكهربائية ، ويتأخر تنفيذ منطق بدء التشغيل أو فشله ، مما يقلل من كفاءة استجابة النظام الإجمالية. إذا كان لا يمكن تصحيح خوارزمية التحكم ديناميكيًا وفقًا لتقلبات درجة الحرارة ، فستقيد بشكل كبير قدرة التحكم التلقائي لمضخة الهواء وتسبب انحراف الكفاءة.
يزداد الاحتكاك والخسارة بشكل غير خطي مع التغيرات في درجة الحرارة
يحتوي هيكل مضخة الهواء السلكية على أجزاء متحركة ميكانيكية متعددة ، مثل العمود المرفقي ، المكابس ، الأختام ، المحامل ، إلخ. سوف تتقلب معاملات الاحتكاك لهذه الأجزاء بشكل غير خطي. في درجات حرارة عالية ، يتم تخفيف مواد التشحيم ، ويتم تقليل الاحتكاك ، ويمكن تحسين كفاءة التشغيل في المرحلة المبكرة. ومع ذلك ، إذا كان زيوت التشحيم يتبخر أو يتدهور عند درجة حرارة عالية جدًا ، فسيؤدي ذلك إلى احتكاك جاف على سطح المعدن ، ويزيد من معامل الاحتكاك ، ويقلل بشكل كبير من الكفاءة.
في ظل ظروف درجة الحرارة المنخفضة ، تزداد لزوجة زيت التشحيم أو حتى تصلبه ، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة البدء ، وتشغيل المعدات البطيئة ، وزيادة استهلاك الطاقة الحركية. خاصة في سيناريوهات بدء التشغيل المتكررة للدورة القصيرة ، يكون فقدان الطاقة الميكانيكية الناجم عن انخفاض درجة الحرارة أكثر بروزًا ، وتدهور الكفاءة أكثر وضوحًا.
كفاءة نظام الطاقة مقيدة بشكل غير مباشر بتقلبات درجة الحرارة
تعتمد معظم مضخات الهواء السلكية على إمدادات الطاقة الخارجية أو إمدادات الطاقة. تتناقص المقاومة الداخلية لنظام الطاقة (وخاصة البطاريات) في درجات حرارة عالية ، ويزداد تيار الناتج ، ويتم تحسين كفاءة إمداد الطاقة على المدى القصير. ومع ذلك ، إذا استمرت درجة الحرارة المرتفعة ، فسوف تسريع عملية الشيخوخة الكيميائية للبطارية وتتسبب في تدهور الأداء على المدى الطويل.
في البيئات الباردة ، تتحلل سعة البطارية بشكل كبير ، ولا تكفي طاقة الإخراج الفوري ، مما سيؤدي إلى عدم كفاية إمدادات الطاقة للحركية وحالة التشغيل غير المستقرة ، مما يؤدي إلى سحب كفاءة مضخة الهواء بشكل غير مباشر. تعد قدرة نظام الطاقة على الاستجابة لتغيرات درجة الحرارة متغيرًا رئيسيًا آخر لضمان التشغيل الفعال لمضخة الهواء.
يؤثر التمدد الحراري الهيكلي على فجوة العمل وختم كفاءة الختم
سيغير تأثير التمدد الحراري لدرجة الحرارة على المادة تصميم الفجوة الداخلية لمضخة الهواء. على سبيل المثال ، في ظل ظروف درجة الحرارة المرتفعة ، يؤدي توسيع الأجزاء المعدنية إلى انخفاض في الخلوص ، مما قد يتسبب بسهولة في التداخل بين الأجزاء والمحامل ، وقد يسبب توسيع القذائف البلاستيكية خلعًا هيكليًا داخليًا ، مما يؤثر على نعومة قناة تدفق الهواء.
من حيث أجزاء الختم أو حلقات المطاط أو حشيات تليين بسبب ارتفاع درجة الحرارة وغاز التسرب ، مما يقلل من كفاءة الختم ونسبة الضغط ؛ ستؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى تقليص مادة الختم والتصدع ، مما يؤدي إلى تسرب الهواء ، مما يؤثر بشكل خطير على كفاءة الضغط واستقرار النظام .
