ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 195
Скачиваний: 33
ной прочности с коэффициентом рациональности К примерно
0,1 |
мА/кн'Сек2. |
П о д и а г р а м м е U — |
К (! см. гл. V I ) определяем, |
|
что |
н а п р я ж е н и е в диске достигает |
2500—3000 кГ/см2. |
Удель |
|
ная энергоемкость такого диска составляет 2500—3000 |
кГм/кг. |
|||
Это |
очень высокий показатель дл я маховика . Д л я сравнения |
отметим, что этот показатель у маховиков фирмы Эрликон и
отечественных |
составляет |
соответственно |
всего |
1400 |
и |
||||||||
700 |
кГм/кг. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П р и существующих конструкционных |
м а т е р и а л а х |
нель |
|||||||||||
зя о ж и д а т ь |
сколь-нибудь |
значительного |
увеличения |
. энерго |
|||||||||
емкости маховиков. |
П р и трехкратном |
запасе |
прочности, |
что |
|||||||||
необходимо |
д л я |
монолитных |
маховиков, |
предел |
прочности |
||||||||
материала |
маховика |
фирмы |
К л а р к достигает |
9000 |
кГ/см2. |
||||||||
Это чрезвычайно высокая прочность для |
|
материала с |
|
диа |
|||||||||
метром заготовки свыше 0,5 м. Ясно, что с повышением |
|
раз |
|||||||||||
меров |
заготовки |
из |
этого |
ж е |
материала |
прочность |
ее |
пада |
|||||
ет. М е ж д у |
тем |
энергоемкость |
маховика |
фирмы К л а р к |
неве |
||||||||
лика |
по сравнению с аккумуляторами |
иных |
типов — электро |
химические и пневматические аккумуляторы о б л а д а ю т удель ной энергоемкостью, которая в 4—10 раз^выше.
Внутренние потери в инерционном аккумуляторе фирмы Кларк невелики. Если маховик отечественного шахтного ги-
ровоэа |
полностью |
гасит свою угловую |
скорость |
за |
||
4 часа, |
маховик фирмы |
Эрликон — за |
12 часов, т о ' м а х о в и к |
|||
фирмы |
К л а р к в р а щ а е т с я |
до остановки |
около |
недели. Это до |
||
стигается п р е ж д е |
всего |
помещением |
тела вращения в |
ва |
куум. Значительно уменьшено и трение в подшипниках. Оно
составляет всего около 3 Гсм на килограмм |
веса |
маховика . |
||||||||||
Напоминаем, |
что в обычных |
подшипниках маховиков, |
напри |
|||||||||
мер шахтного гировоза, эта величина равна |
90 |
Гсм/кг. |
|
|||||||||
Средняя |
потеря |
энергии |
в р а щ а ю щ и м с я |
маховиком |
фир |
|||||||
мы К л а р к |
составляет |
0,025 |
вт/кг. |
Д а н н ы й |
показатель |
на |
||||||
столько мал, что его можно |
считать близким |
к |
аналогичному |
|||||||||
для электрохимических аккумуляторов . Однако |
и это не |
пре |
||||||||||
дел. Роторы — маховики, подвешенные |
в магнитном |
подвесе, |
||||||||||
имеют |
потери |
энергии |
порядка |
1 , 5 - Ю - 6 |
вт/кг |
при |
||||||
18 000 об/мин. |
Хуже |
всего, |
пожалуй, |
обстоит |
дело |
с? безо |
||||||
пасностью быстровращающихся маховиков. Несмотря |
на вы |
|||||||||||
сокий запас прочности, не исключен разрыв |
маховика. |
Это |
||||||||||
может иметь место, например, при аварии |
|
транспортного |
||||||||||
средства |
с маховиком, случайном |
превышении |
угловой |
ско - |
роста маховика и пр. Массивные осколки, летящие со ско
ростью около |
450 |
м/сек |
и |
более, о б л а д а ю т высокой пробив |
||||
ной способностью |
и могут |
нанести |
большой |
ущерб . |
Эта |
|||
«опасность», |
с в я з а н н а я с |
применением |
маховика, т а к ж е |
сдер |
||||
ж и в а е т его |
распространение. |
|
|
|
||||
Перейдем |
к рассмотрению перспективного |
инерционного |
||||||
аккумулятора . |
К а к |
у ж е |
было отмечено, значительное повы |
|||||
шение предела |
прочности |
монолитных |
стальных |
заготовок для |
маховиков затруднительно и определяется общим уровнем металлопромышленности . Д а л ь н е й ш и м совершенствованием формы маховика и повышением его окружной скорости без увеличения допустимых напряжений опять-таки невозможно добиться ощутимого увеличения энергоемкости, поскольку у современных маховиков коэффициент рациональности фор
мы очень близок к его предельному значению |
(для стальных |
||
дисков около |
0,125 |
мл/кн-сек2). |
|
В настоящее время техника располагает - |
м а т е р и а л а м и |
||
значительно |
большей |
прочности, чем стальные |
монолитные |
заготовки. Например, стальная холоднокатаная лепта имеет
предел |
прочности |
свыше 200 |
кГ/мм2. |
Е щ е |
большей проч |
ностью |
обладает |
стальная |
холоднотянутая |
п р о в о л о к а — д о |
|
400 кГ/мм2 и выше. Созданы |
и выпускаются |
специальные во |
|||
локна, |
о б л а д а ю щ и е весьма высокой прочностью: например, во |
локнаиз SiOj, покрытые тонким слоем алюминия, при удель
ном весе |
около |
2,5 Г/см3, |
о б л а д а ю т разрывной прочностью |
|
около 600 |
кГ/мм2 |
[ 1 ] . |
|
|
Использование подобных материалов д л я маховиков |
(су |
|||
пермаховиков) |
позволило |
бы во много раз увеличить |
их |
энергоемкость. В этом случае необходимы специальные кон струкции .маховиков. На рис. 64 представлен маховик, изго товленный из высокопрочной стальной ленты. Л е н т а / нави та в виде обода и посажена на диск 2, изготовленный из ма
териала |
с |
достаточно |
высоким |
отношением |
и |
сравни |
||||
тельно |
низким |
модулем |
упругости, например |
дюралюминия . |
||||||
М е ж д у |
диском и ободом находится упругая прокладка |
3, на |
||||||||
пример |
из |
резины |
или |
нейлона |
[19] . П р и |
значительных |
||||
о к р у ж н ы х скоростях обода он расширяется в |
большей |
степе |
||||||||
ни, чем |
диск, |
и может «освободиться». Д л я |
предотвращения |
|||||||
этого и |
компенсации |
полученного з а з о р а и |
служит |
упругая |
||||||
прокладка . |
Витки |
ленты, |
кроме |
последнего, |
соединены |
друг |
Рис. 64. Высокоэнергоемкий маховик с ободом, навитым из стальной ленты (супер маховик) : 1 — ленточ ный обод, 2 — несущий центр, 3 — упругое • зве но.
с другом путем склеивания или другим способом, не нару шающим ее прочности, например диффузионной сваркой. Это необходимо д л я восприятия небольших радиальных н а п р я ж е ний в ободе. Последний виток, имеющий ослабление в виде,
например, отверстия, |
навит |
свободно, а конец его соединен |
||||||||||||
с мотком вышеупомянутым |
способом. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
При вращении маховика в направлении навивки ленты и |
||||||||||||||
превышении |
допустимой |
скорости |
максимальные |
н а п р я ж е |
||||||||||
ния |
испытывает |
внешний, |
свободный |
виток ленты. |
Р а з р ы |
|||||||||
ваясь, он отходит в сторону и под действием |
центробежной |
|||||||||||||
силы |
п р и ж и м а е т с я к « о ж у х у маховика, |
т о р м о з я |
маховик. |
Н а |
||||||||||
рис. |
65 п о к а з а н ы |
т а к и е |
маховики |
до испытаний, |
а |
на |
рис. |
66 |
||||||
после испытаний на разрыв . Такой маховик |
не м о ж е т |
вызвать |
||||||||||||
серьезных аварий, |
т а к |
как |
не дает осколков |
и, по |
существу, |
|||||||||
остается целым. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Аналогичный результат был достигнут при изготовлении |
||||||||||||||
обода маховика (супермаховика) из стекловолокна |
с эпоксид |
|||||||||||||
ной связкой. Р а з р ы в |
такого |
маховика т а к ж е |
безопасен — обод |
|||||||||||
«размочаливается» |
на |
тонкие волокна, |
не способные |
пробить |
||||||||||
д а ж е ' с л а б ы й |
кожух |
(рис. |
67). Энергоемкость |
такого |
супер |
маховика, разработанного автором совместно с А. М. Куперманом, — 11 тыс. кГм/кг — почти вдвое выше, чем у анало гичных супермаховиков фирмы Л о к х и д при более безопасном разрыве .
»
|
§ 2. Уменьшение внутренних потерь |
|
|
|
|
|||||||
|
К а к было отмечено выше, маховик фирмы |
|
Кларк |
|||||||||
имеет потерн мощности в среднем |
0,025 вт\кг |
при |
|
моменте |
||||||||
сопротивления |
около 3 Гсм/кг. |
Этот показатель |
может быть |
|||||||||
еще |
более |
уменьшен |
путем |
применения специальных |
подве |
|||||||
сок |
маховиков. |
Д л я |
валов |
с |
вертикальной |
осью |
вращения |
|||||
наиболее удобным и эффективным |
методом 'снижения |
потерь |
||||||||||
в подшипниках |
является |
магнитное |
подвешивание. В |
настоя |
||||||||
щ е е время магнитное подвешивание" используется |
большей |
|||||||||||
частью в точных приборах. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Первые исследования магнитного подвешивания тел про |
|||||||||||
водились |
еще Эрншоу |
и |
Максвеллом в серединеіпрошлого ве |
|||||||||
ка, |
однако |
р я д |
вопросов, |
связанных |
с магнитным |
подвешива |
нием, остался неисследованным по настоящее ;время. В част ности, отсутствуют данные о подвешивании достаточно мас сивных дисков в поле постоянных магнитов, когда зазоры между ними достаточно малы; мало исследован вопрос о
влиянии потерь на вихревые токи, возникающие |
вследствие |
|||
нахождения в магнитном поле подвески различных |
металли |
|||
ческих частей. |
Остается |
т а к ж е неисследованным |
вопрос о |
|
применении магнитной подвески с постоянными |
магнитами |
|||
д л я случаев быстрого вращения, что необходимо, |
например, |
|||
при подвешивании в р а щ а ю щ и х с я с большой угловой |
скоро |
|||
стью маховиков |
инерционных аккумуляторов . |
|
|
|
Вследствие |
того что |
практически невозможно |
|
создание |
однородного магнитного поля постоянных магнитов, теорети ческие расчеты вопросов магнитного подвешивания тел не д а ю т удовлетворительных результатов. В связи с этим был исследован процесс вращения дисков (маховиков), подвешен ных в магнитном поле на специальных стендах. Схема стенда представлена на рис. 68. Диск / поддерживается в. подвешен ном состоянии при помощи кольцеобразных постоянных оксид-
нобариевых магнитов |
2. Полюса магнитов .и зазоры |
между |
ними выбраны таким |
образом, чтобы диск, находился |
в устой |
чивом равновесии по вертикальной оси. С целью устранения
боковых перемещений |
предусмотрены шарикоподшипники 3, |
в которых вал диска |
4 — на скользящей посадке. В процес |
се испытаний, чтобы избежать заметного влияния (вентиляци онных потерь, диск разгонялся до скорости, не превышающей
240 об/мин.
Рис. 68. Схема стен да магнитном подвески маховика: / — маховик, 2 — магниты, 5 — под шипники, 4 — ось.
Э к с п е р и м е н т а л ь н ые исследования магнитной подвески показали значительное снижение потерь в подшипниках при вывешивании массивного диска с помощью магнитов. Так,
например, |
момент трения в |
подшипниках- |
без применения |
магнитной |
подвески составил |
17 Г см. П р и |
вывешивании ж е |
диска с помощью магнитов были получены средние значения
момента трения 0,7 |
Г см или около 0,12 |
Гсм/кг. |
Это |
обуслов |
||
ливает очень м а л ы е |
внутренние |
потери |
энергии |
в |
аккумуля |
|
торе [18, 27]. П о д в е ш и в а н и е ж е |
маховика в вакуумной маг |
|||||
нитной подвеске без |
непосредственного |
контакта |
с |
опорами |
||
(рис. 69) практически устраняет потери |
энергии |
при |
в р а щ е |
|||
нии. |
|
|
|
|
|
|
§ 3. Создание рациональной
рабочей характеристики
Одним из основных факторов эффективного исполь зования инерционных аккумуляторов является рациональный привод от маховика к исполнительному органу, обеспечиваю щий н а д л е ж а щ у ю характеристику накопления и выделения энергии.
Рабочие характеристики обычных маховиков м а л о при менимы в условиях работы большинства агрегатов и м а ш и н .