兼作气动马达的空气压缩机？

我正在研究压缩空气储能系统。系统的大小和重量受到严格限制；（理想情况下）任何东西都不应超过几磅。因此，我想以相同的方式以旋转方式存储能量（压缩气体）并提取能量（使气体起作用）。

从本质上讲，我需要的是一种旋转式空气压缩机，当空气沿相反的方向通过时，它的体积是气动马达的两倍。我正在使用相当高的压力（我估计为数百psi）但体积很小。在我的搜索中，我发现了很多紧凑型旋转式空气压缩机和旋转式气动马达，但是几乎没有评论什么系统可以同时使用。

在我看来，空气压缩机可以具有这些特性似乎非常直观，但是我不想得出任何结论。我研究了几种压缩机，最适合我的情况是：

离心式压缩机
轴流压缩机
旋转螺杆压缩机
旋片压缩机

离心压缩机是理想的选择，但在我看来，它似乎是可逆的，至少具有任何效率。我还研究了气动马达，其中可用的较少。最适用的似乎是：

旋片马达

其他系统，例如Pietro电机，显然不适用于我的轻巧紧凑型应用程序。旋片式压缩机和旋片式电动机之间的相关性是有希望的，但是我想知道我有什么选择。

什么样的旋转式气体压缩系统可以将它们压缩的气体作为动力驱动的电动机？

编辑答案很可能在于径向（向心）涡轮机和离心式压缩机之间的相似性。

— 迈克·Java
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还有活塞阀压缩机？

— 棘轮怪胎2015年

@ratchetfreak好想法。活塞阀压缩机可能很好地满足了这一需求。piston，活塞阀式压缩机正在往复运动，这意味着振动和重量（不一定是，但我想实际上是重量）超出了我的约束条件。我正在寻找旋转压缩机的平稳性。

— MikeJava

小体积，高扬程应用通常需要用于旋转涡轮的脉冲涡轮。由于这似乎也很难转化为压缩机，因此我会选择@ratchetfreak的选项。如果我是您，我将把研究重点放在压缩空气下行驶的汽车上，因为我认为它们可能已经开发出了您所描述的精确系统，并且如果我没记错的话，他们的确使用了活塞阀系统。

— Sanchises

@sanchises我不明白为什么任何种类的旋转气动马达都无法满足高压，小体积的应用。为什么说需要脉冲涡轮机？我一定错过了这种情况。而且，如果许多新兴的汽车技术采用活塞阀系统，那绝对对他们最有意义，我绝对不会感到惊讶。但是这个问题实际上是关于旋转系统的，它的优点很多。我将编辑问题以使其更清楚。

— MikeJava 2015年

@MikeJava我并不是说不可能-我只是说在小批量应用中使用旋转涡轮的最有效方法是afaik脉冲涡轮，其中有很多选择（通常只是与如何准确地设计了涡轮叶片）。虽然我找不到关于这本书的书，所以我猜想其他人将不得不提出明确的答案。

— Sanchises

Answers:

我建议使用向前倾斜的离心系统，例如向前弯曲的风扇。

任何设备的电源输入/输出，其中流体以流体速率进/出，并以速度的角度进/出，将是： $Q$ $V$ $\theta$ $U$

P = (V - U) (1 - \cos (θ)) ρ Q U

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

如果您使用此设备压缩气体，则电源输入将反向运行。在这两种情况下，角度都会有所帮助。见速度三角形。

真正的核心在于将一些良好的阀门放在开口上。是一把双刃剑-虽然可以提高力量，但如果与相比不是很高，则什么都没有发生。不要忘记取决于或，取决于您如何看待它。修改此参数的关键是将进气口的开度（无论以哪种方式运行）降低到一个很小的开口，以使尽可能高，同时保持对排气口的谨慎控制，以使或不会超出保持不错。 $U$ $V$ $U$ $Q$ $V$ $U$ $V$ $Q$ $U$ $V/U$

也许将其用作两级旋转压缩机的第一级也可能会有所帮助-第二级是真正提高压力的真正的旋转压缩机，但是这有助于第二级将压力增加到大气压之外。

最终，市场上将不会有任何设备能够满足这种奇怪的服务-但是通过拥有一个对称对称的旋转系统以及经过精心控制的输入，应该会产生不错的效果。我一定会咨询定制风扇制造商。

— 标记
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您的想法似乎加强了我的假设，即这些涡轮机具有可逆的必要特性。前倾风扇的运转与离心压缩机极为相似。离心压缩机也被认为是前倾离心系统吗？如果与风扇相同，则压缩机似乎比风扇具有一些优势。我明白了您对仔细控制系统中不同变量的含义。这对于此应用程序绝对是必需的。该方程式特别有用

— MikeJava 2015年

从理论上讲，方程式是向前或向后的。但是，当使用同一设备时，由于基于横截面积，因此V和U在入口和出口的设计中以一种方式进行了优化。最好的选择是对其进行优化，因为您只有有限的压缩空气容器，但是从理论上讲，压缩空气是无限的。

Q

$Q$

— 2015年

从可逆式离心风机的理论角度来看，这一切都很好，但“风机”的分类非常暗示它根本不适合将气体提升到很高的压力。离心风扇能否使空气达到可观的psi？

— MikeJava

我会说不会达到很高的psi。这就是为什么我建议将其作为第一阶段的原因。我还在宽泛的上下文中使用“舞台”，例如旋转压缩机的前几层的形状与其余部分不同。因此，您需要将压缩空气泵回到压缩机的中间（即，不同形状的层中的最后一层），而不是设备的最后一层。

— 2015年

我不是空气压缩机或电动机方面的专家，但是据我有限的知识，我认为正如您所说的那样，离心压缩机将是压缩的最佳选择，而特斯拉涡轮机将是理想的电动机。我认为应该可以将它们安装在同一轴上，但在单独的气密室中，并带有一些阀门，这样，当涡轮机运行时，空气就会从压缩机室中抽出，反之亦然，以免造成不必要的影响。来自另一个叶轮的阻力。可选地，一种离合器/抓紧机构选择与轴一起转动哪一个。

这样的设备可以被认为是双向压缩机/马达。尝试使用针对这些情况中的一种进行了优化的叶轮来同时实现两种方法，似乎您在其他情况下总是效率低下。

— 哈博特
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我当然知道，将两台不同的机器放在同一根驱动轴上，并使用一些漂亮的连接件，可以达到一种很好的解决方案（尽管不是很完美）。这似乎是可行的实际操作方式。包含该原理但使用叶片式压缩机和电动机的设计在美学和功能上也可能令人愉悦。但是，有趣的是您带来了特斯拉涡轮机。当我看到这一点时，我不仅看到了涡轮机，还看到了离心压缩机的基本设计。这两件事都无需刀片角即可担心。

— MikeJava

我确实对特斯拉涡轮机也有同样的看法，但是我找不到关于压缩机性能如何的很多信息。我很想看看是否有人试图衡量一个人在两个方向上的表现如何。

— jhabbott

特斯拉涡轮确实可以在相反的方向上使用。在这种情况下，它似乎被称为特斯拉泵。涡轮和泵之间的唯一区别似乎是，在一种情况下，空气使转子加速，而在另一种情况下，转子使空气加速。当空气作用在转子上时，空气向内盘旋。当转子作用于空气时，它向外螺旋旋转，速度增加，就像离心压缩机一样。那么问题来了，“无叶片离心式压缩机会工作吗？” 如果答案是肯定的，我们可能会有答案。

— MikeJava

我还认为离心/向心折衷也将适用于叶片式离心压缩机，而不仅仅是特斯拉涡轮机。

— MikeJava