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

П р и в е д е н н ые

выше

зависимости были определены

исхо­

дя

из

того,

что

м а т е р и а л о м

д л я

маховика

служит

сталь .

Однако, согласно приведенному ниже, сталь не всегда

являет­

ся

наилучшим м а т е р и а л о м

д л я

изготовления

маховиков .

§ 7. Об удельной прочности

маховиков

Р а с с м а т р и в а я

в ы р а ж е н и я

д л я

К и

считая

к о э ф ф и ­

циент

Пуассона

величиной

постоянной,

а т а к ж е

принимая

для дисков равной прочности величину К постоянной

(напри ­

мер, д л я какой - нибудь конкретной окружной скорости,

а з н а ­

чит, и

ф о р м ы м а х о в и к а ) ,

имеем

д л я

всех

случаев:

К

=

- ^ >

(141)

где через С обозначены все постоянные

величины.

Следова ­

тельно, коэффициент С характеризует форму м а х о в и к а

неза­

висимо от материала, из которого он изготовлен.

В ы р а ж е н и е

удельной

энергоемкости

принимает

вид:

е

=

С — .

(142)

Т

Отсюда

следует, что

м а к с и м а л ь н а я

у д е л ь н а я

энергоем­

мых

напряжений

м а т е р и

а л а ,

из которого

он

изготовлен,

и

обратно пропорциональна

его удельному весу.

В таблице 6

приведены

значения отношения — и у д е л ь - .

ный

весовой е%

энергоемкости д л я различных

материалов .

И з приведенного видно, что 'некоторые

йедефиц'итные

ма ­

виков связано

с весьма высокими о к р у ж н ы м и скоростями.

Известно, что

высокие о к р у ж н ы е скорости требуют

помеще­

ния м а х о в и к о в

в среду с м а л ы м и вентиляционными

потеря­

ми. Маховики,

изготовляемые из высоколегированных

сталей,

Т а б л и ц а 6

Материал

з,

т м- f,

m.\i3

7 '

м

е,

%

V. %

Стеклотекстолит ВФТ-с

4-1СИ

1,7

23,5

103

306

150

Алюм. сплав АК-8

4-Ю'1

2,7

14,8

!03

!92

150

Древесные

пластики

1,5-Ю4

1,3

11.5

103

150

400

Текстолит

104

1,3

7,7

103

100

600

Высоколегированная

6-Ю-'

7,8

7,7

103

100

100

сталь

Капрон

0.S5-104

.1,13

'

7,5

103

97,5

710

Низколегированная

4-Ю4

7,8

5.1

103

66

150

сталь

Сталь среднего качест­

ва (Ст. 3)

2-Ю4

7,8

2,5 •103

32,5

300

И з сказанного

можно сделать

вывод,

что

дл я

маховиков

высокой

энергоемкости

ввиду

обязательного

помещения

в

вакуум

величина окружной

скорости

почти

не

оказывает

влияния

на потерн

энергии. Угловая ж е скорость,

в л и я ю щ а я

на потерн энергии

в подшипниках,

может

в а р ь и р о в а т ь с я

из­

никах при вращении высокоэнергоемких легковесных

махови­

ков

невелики.

Необходимо учитывать,

что применение

легких материа­

лов д л я изготовления маховиков увеличивает

их объем. Умно­

жив

обе стороны

равенства

(142)

на значение

массы

m и

разделив -полученное произведение на объем

v, найдем

выра­

жение удельной объемной энергоемкости е г :

ег, =

Са .

(143)

Следовательно,

о б ъ е м н а я

энергоемкость

маховика

увели­

чивается пропорционально н а п р я ж е н и я м и от удельного

веса

м а т е р и а л а не зависит. В таблице 7

приведены значения

объ­

ема

v % маховиков д л я упомянутых

материалов

при

равной

энергоемкости. Увеличение объема маховика

в

определен­

ных

пределах (1,5—2 р а з а ) практически'не влияет

на его эф­

фективность, т а к к а к обычно объем не лимитирован .

Применение того или иного м а т е р и а л а

д л я

изготовления

§ 8. О безопасности

маховиков

И м е я

данные о механических свойствах того или ино­

го материала,

идущего

на изготовление маховиков, д л я опре­

прочности. Коэффициент з а п а с а

прочности

зависит ка к от ма­

териала, из которого изготовлен

маховик,

та к и от

условий

его работы. И с ч е р п ы в а ю щ и е сведения о свойствах

м а т е р и а л а

можно получить из специальных

источников. Здесь

ж е целе­

Маховики, р а б о т а ю щ и е

при низких скоростях,

допусти­

мо

изготовлять

из чугуна.

П р и о к р у ж н ы х

скоростях менее

25

м/сек можно

применять

л и т ь е - и з чугуна

марки

С Ч 12-28;

при скоростях до 35 м/сек

—

из чугуна

высокой

прочности,

например

СЧ 21-40.

П р и

повышении

окружной

скорости

д о -

50 м/сек

допустимо

применение

стального

литья

или

сварных

конструкций, более высокие скорости требуют

изготовления

маховиков из специально обработанных поковок

высокока ­

чественной

стали, например

40 ХН .

П р и

конструировании

б ы с т р о в р а щ а ю щ и х с я

маховиков

выбор

коэффициента з а п а с а

требует

большой

осторожности .

Р а з р ы в

такого

маховика

может

привести

к т я ж е л ы м

послед­

ствиям.

А. Стодола рекомендует

выбирать

з а п а с

прочности

д л я

стальных

в р а щ а ю щ и х с я

дисков

от 2,5

до

4; Пр и этом,

види­

мо,

большие

значения

следует

принимать

д л я

крупногаба ­

ритных

конструкций.

в

,

Согласно

К р а ф т у , допускаемые

н а п р я ж е н и я

дисках со- -

ставляют

0,25 от предела

прочности.

Годье

считает

коэффициент

з а п а с а прочности

в р а щ а ю ­

щихся дисков, отнесенный к пределу

упругости, р а в н ы м 2,5 —

3 [104].

На

основании

тщательных

исследований

и

практическо­

го

опыта

ш в е й ц а р с к а я

ф и р м а

Эрликон приняла д л я

своих

маховиков

Электрогиро

з а п а с

прочности

около

3,3

[109 —

123].

Перспективная

конструкция

безопасного

маховика,

со­

ставленного

из ленты, позволяет

выбирать

значительно

более

низкий

з а п а с

прочности

(1,1—1,2), т а к к а к выход

из строя та ­

кого маховика

( р а з р ы в

ленты)

может

привести

лишь

к

оста­

новке

машины .

§ 9.

Расчет высокоэнергоемких

слоистых

маховиков

Известно,

что у д е л ь н а я энергоемкость

маховика за­

данной

формы пропорциональна м а к с и м а л ь н ы м

напряжени­

ям в его теле.

Д л я

обеспечения высокой энергоемкости маховиков целе­

аккумулирующий элемент

(например, обод)

был максималь­

но прочным. Кроме того, в целях снижения

коэффициента за­

паса прочности вероятность

р а з р ы в а

с образованием

опасных

осколков д о л ж н а быть практически

исключена. Все

это пре­

навитым из высокопрочной ленты, витки которой

скреплены

между собой полимерным

материалом

(клеем)

[19] .

Благо­

д а р я

тому,

что

прочность

стальных

лент

(ав

превышает

200

кГ/мм2)

значительно

выше,

чем

прочность

монолитного

м а т е р и а л а

(отливки, поковки и

пр . ),

и

что-в

ленточном

ободе

предусмотрено предохранительное звено, в виде

внешнего

витка, выходящее

из строя

при

опасности р а з р ы в а ,

подобный

кую энергию, чем

монолитный.

Н и ж е рассматриваются

а к к у м у л и р у ю щ и е

возможности

обода маховика,

навитого на

лепты. Д л я простоты витой обод

слойкой

из полимерного м а т е р и а л а 2 (рис. 82). Это с доста­

точной

степенью п р и б л и ж е н и я соответствует действительно­

сти.