Файл: Гулиа Н.В. Инерционные аккумуляторы энергии.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 167

Скачиваний: 33

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

о

Рис.

6.

а — «полисудри» — древняя

инер­

ционная

игрушка, распространенная преимущест­

венно на Кавказе. Маховая масса —

крупный

грецкий орех.

 

 

 

ка, также с

б — кавказская

инерционная

игруш­

использованием

ореха: / — орех-ма­

ховик, 2 — нить, 3 — спица,

4 — орех-подшипник.

ционную игрушку — летающий пропеллер.

Он

представляет

собой легкий обод, внутри которого помещены лопасти воз­

душного

винта. П р и раскручивании пропеллер

взлетает,

и

кинетическая энергия, накопленная в нем, расходуется

на

поддержание его полета в "течение нескольких секунд.

По ­

строенный на этом

принципе в 30-х годах вертолет,

т а к

н а ­

з ы в а е м ы й «прыгающий Гиро», совершал достаточно

большие

прыжки,

используя

д л я вертикального взлета

кинетическую

энергию

маховика .

 

 

 

 

Н а ч а л о использования инерционного аккумулятора в ма­ шинах связано с появлением шатунно-кривошипных и других механизмов, требующих уменьшения неравномерности в р а щ е ­ ния вала . Представляет интерес конструкция водоподъемника с ручным приводом, снабженного зубчатой передачей и ма­ ховиком, выполненного преимущественно из металла . Этот

механизм XV в. был одним

из первых 'содержавших

м а х о в и к

в

трансмиссии. Механизм

описан средневековым

ученым

Г.

Агрикола

в его книге «De re metallica», изданной

в Б а з е ­

ле

в 1566 г.

[106].

 

 

Маховик применялся и в приводе поршневого насоса, приводимого в движение опять-таки мускульной силой чело­ века. Сравнительно большой маховик можно наблюдать в вододействующей пильной установке X V I в. Этот маховик уста­ навливался на коленчатом валу и служил д л я выравнивания хода машин.

Маховик стал неизменной частью паровых машин,

где

служил т а к ж е д л я выравнивания хода. Д л я этой

ж е

цели

маховиком с н а б ж е н ы и все двигатели внутреннего

сгорания;

различные дробильные и м е т а л л о о б р а б а т ы в а ю щ и е

установки,

например прокатные станы, прессы, ножницы и др . Махови ­ ки, применяемые д л я выравнивания хода машин, обычно на­ копляют небольшие количества энергии.

К а к

самостоятельная

энергетическая

установка

инерци­

онный

аккумулятор был

впервые применен н а ш и м

соотечест­

в е н н и к о м — инженером

В. И. Шуберским

в

I860

г. д л я

при­

ведения

в

движение колесного э к и п а ж а ,

названного

их

«ма-

ховозом»

[ I I ] .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

1883

г.

английский

а д м и р а л

Хауэлл

р а з р а б а т ы в а е т

торпеду,

д в и ж и м у ю энергией маховика, предварительно

рас ­

кручиваемого

паровой

 

машиной

до

Ю—12 тыс.

 

об/мин

(рис.

7) .

Энергия,

накопленная

в

маховике

(около

Рис.

7. Торпеда Хауэлла

с приводом

от

вращающегося маховика: 1

— маховик, 2 — ре­

гулятор',

3 — руль, 4 — винт.

 

5 — взрывчатка.

 

і

і

40 тыс. кГм), позволяла проходить путь

длиной до 0 5 км

Скорость торпеды при этом была около 30

км/час.

1905 г. англичанин Ланчестер получает патент на устройство с маховиком, раскручиваемым паровой машиной или электродвигателем, с целью применения в транспорте (рис. 8). В Англии ж е были впервые применены двигатели--

Рис. 8. Экипаж Ланчестера, движущийся накопленной энергией маховика: / — маховик, 2 — передача.

генераторы с маховиками (рис. 9) д л я приведения

в движе ­

ние электровозов на участках пути, не обеспеченных

эчектро-

энергией [135].

 

Рис. 9. Инерционный бустер для временного повышения мощности локомотива: / — маховик, 2 — мотор, 3 — генератор.

В 20-х годах нашего века инерционный аккумулятор был применен советским изобретателем А. Г. Уфимцевым и проф .

В.П. Ветчинкиным для целей ветроиспользования.

В1945 г. швейцарской машиностроительной фирмой Эрликон проведены детальные исследования возможности использования кинетической энергии, аккумулированной в

маховике, д л я

средств

транспорта .

Фирмой было

р а з р а б о т а ­

но несколько

опытных

экипажей,

питающихся энергией

зра -

щающегося маховика

 

и получивших

название

гиробусов

(рис. 10). Гиробусы

исследовались в

экспериментальных

и-

Рис. 10. Гиробус. Общий вид.

эксплуатационных условиях, что позволило найти оптималь­

ные решения. Б ы л и исследованы вопросы определения

пара ­

метров маховика, снижения потерь при его вращении,

созда­

ния надежной и экономичной трансмиссии. В результате был создан основной силовой агрегат машины, получивший на­ звание «Электрогиро». Он представлял собой инерционный ак­ кумулятор с электрической трансмиссией (рис. 11). К 1957 г. гиробусы эксплуатировались в различных городах Швейца ­

рии,

Бельгии, Конго

( К и н ш а с а ) , где

выявили

высокую эко­

номичность [109—123].

 

 

 

Н а р я д у с инерционными аккумуляторами

с

электричес­

кой

трансмиссией р а з р а б а т ы в а ю т с я

инерционные

аккумуля ­

торы

с

механической,

гидромеханической и другими типами

2. Н.

В.

Гулиа

 

 

 

17

/

Рис. И.

Инерционный аккумулятор Электрогнро фирмы Эрликон: / — корпус,

2 — обмотки

мотора-генератора, 3 — маховик, 4 — уровень масла при неподвижном и

5 — при вращающемся маховике.

трансмиссий. В настоящее ^время Д р у ж к о в с к и м машинострои­ тельным заводом выпускаются отечественные взрывобезопас - ные локомотивы-гировозы, с о д е р ж а щ и е в качестве основного источника энергии инерционный аккумулятор с механической трансмиссией.

Необходимо отметить т а к ж е исследования, направленные на создание рекуперативных тормозов с использованием инерционных аккумуляторов . Такие тормоза играют роль на­ копителей энергии т о р м о ж е н и я транспортного средства при замедлении его д в и ж е н и я и вспомогательного двигателя при разгоне. Подобные системы могут значительно повысить эко­ номичность транспорта, особенно городского, что подтверж ­

дается экспериментами [105,

124].

Однако оптимальная

трансмиссия рекуперативного

тормоза,

р а з р а б о т к а которой

представляет наибольшую трудность, пока еще находится в

стадии

исследований.

 

 

 

 

 

 

 

 

К а к

известно,

д л я

инерционных

аккумуляторов

 

харак ­

терно свойство сохранять ось вращения

маховика

в

задан ­

ном направлении, что обусловлено гироскопическим

эффек ­

том. Это позволяет использовать

инерционные

аккумуляторы

для

стабилизации

устойчивости

двухколесных э к и п а ж е й .

Б л а г о д а р я этому свойству в последнее

время начинают

появ­

ляться

двухколесные автомобили

(например,

Джи'рон

фир­

м ы

Ф о р д ) , с о д е р ж а щ и е

маховик,

'Который

в р а щ а е т с я

в го­

ризонтальной плоскости и служит д л я стабилизации их устой­ чивости.

§

3. Классификации

 

 

инерционных аккумуляторов

 

 

и их обзор

 

 

 

Исходя из

многоплановости применения

инерцион­

ных

аккумуляторов

и большого разнообразия их

конструк­

ций,

целесообразно

дать их классификацию . Остановимся на

вопросе применения инерционных аккумуляторов (рис. 12). Инерционными аккумуляторами малой удельной энерго­ емкости могут считаться такие, в которых удельный (по от­

ношению

к массе

маховика) з а п а с накопленной энергии на­

столько

мал, что

он не н а к л а д ы в а е т существенного отпечат­

ка на конструкцию и требования к материалу маховика. М а ­ ховики таких аккумуляторов низкоскоростные, они выполня­ ются обычно в виде обода со спицами или диском. Материа -

2*

19

лом чаще всего

служит

чугун. Аэродинамические

потери

таких

маховиков

весьма

малы . Маховики

работают

обычно

без кожуха, в случае ж е

его

наличия он выполняет л и ш ь за­

щитную

роль. О к р у ж н а я

скорость этих маховиков, как пра­

вило,

не

превышает 50 м/сек.

Применяются

такие аккумуля ­

торы преимущественно д л я создания равномерного хода ма­ шин и кратковременного повышения мощности устройств.

Создание равномерности хода машины требуется при импульсной, неравномерной работе двигателя или трансмис ­ сии. Такой характер работы обычен д л я поршневых двига­ телей, а т а к ж е импульсивных вариаторов, кривошипных и не­ которых других механизмов. Поршневой двигатель с а м созда­

ет неравномерную нагрузку в трансмиссии, в остальных

ж е

механизмах характеристика

 

трансмиссии

н а к л а д ы в а е т

 

свой

 

 

Инерционные

 

 

 

 

 

 

ст.гунуляторьр

 

 

 

 

flaoou удельной.

Средней удель­

Высокой

 

 

удельной

 

 

Энергоемкости

ной fHephett-

знфеоемкости

 

 

кости

 

 

 

Постоянного

Переменного

 

шиіиниробан -

 

 

поменш

 

помента

 

 

 

инерции

 

инерции

 

 

ные

 

 

•Д/tR соідания

\ДляАременноіО

вспаюгатель-

Самостоятельна

 

Гповешения

 

источники 9»еі>-

 

' рабномерно/о

мощности

 

нне

источни­

 

 

 

\ хода пашим

машин

 

ки

тергии

спорти гір

J

 

 

 

 

 

 

9r * fc «S > ч.

•n ^-її

Рис. 12. Классификация инерционных аккумуляторов по признаку применения.

Смотрите также файлы