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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 173

Скачиваний: 33

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

отпечаток на их работу. Маховики, применяемые в подобных

случаях, накопляют

некоторый запас

кинетической

энергии

при избыточной мощности на его валу

и в дальнейшем

отда­

ют эту энергию при падении мощности, поддерживая,

таким

образом, более или

менее равномерное

движение

машины .

Так как скорость вращения маховика зависит от запаса кине­ тической энергии в нем, то ясно, что при колебаниях величи­ ны энергии4 изменяется и скорость вращения, правда, в мень­ шей степени. Следовательно, наличие маховика в трансмис­ сии не может обеспечить абсолютную равномерность хода машины, а лишь поддерживает ее в необходимых пределах. Степень равномерности д в и ж е н и я зависит от энергоемкости маховика, т. е. от момента инерции маховика и средней ско- рости-.его вращения .

Роль маховика при временном повышении мощности ус­ тановки существенно не отличается от его роли в рассмотрен­

ном случае.

Р а з н и ц у создают в основном три

момента:

 

 

1. П р и

временном повышении мощности

установок мощ­

ность основного двигателя

примерно постоянна, нагрузка

ж е

на

рабочий

орган установки

от внешних источников изменяет­

ся.

Это ведет к падению скорости вращения

трансмиссии,

а

следовательно, и маховика, что, в свою очередь, вызывает вы­ деление кинетической энергии. Таким образом, о б щ а я мощ­ ность установки повышается. Впоследствии, при снижении нагрузки на рабочий орган, скорость основного двигателя по­ вышается и маховик накапливает энергию;

2. Неравномерность хода машины, вызванная особенно­ стями двигателя ИЛ.И трансмиссии, обычно детерминирована и определяется спецификой привода. Снижение и повышение

скорости, вращения маховика в

этих

случаях

происходит

строго определенное число раз за

время

одного оборота вала

двигателя — как т р а в и л о , не

менее одного раза . При

времен ­

ном ж е повышении мощности

установки

нагрузки

на

рабочий

орган носят чаще всего неопределенный, случайный характер .

При этом

периоды

ускорения

и', замедления движения

махови­

ка имеют

всякий

раз новую

продолжительность, а

-нередко

длятся значительно дольше одного оборота основного двига­ теля;

f 3. Временное повышение мощности установки вовсе не означает снижения неравномерности ее хода, хотя иногда функции маховика и бывают совмещены. Временное повы-


шение мощности нередко сопровождается значительной не­

равномерностью \хода

или

д а ж е

полной остановкой

махови­

ка.

 

 

 

,

 

 

 

 

 

Сказанное необходимо

проиллюстрировать .

Поршневые

двигатели,

например, сообщают маховику строго определен­

ное число

ускорений

за

один оборот; такое

ж е число

раз

по­

вышается

и падает

мощность двигателя .

Н о р м а л ь н а я

экс­

плуатация

двигателя

не допускает

полной его остановки. Ана­

логичными

свойствами

обладают

трансмиссии,

создающие

неравномерность хода .(кривошипные, кулисные и другие спе­

циальные

механизмы) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число, ж е временных повышений мощности

установки

мо­

ж е т

 

совершенно не зависеть от количества

оборотов

двигате­

ля . Например, в прокатных станах оно определяется

подачей-

металла

в

валки; в дробильных установках

наличием

ма­

териала;

в

строительных

машинах

зависит

от

ж е л а н и я

опера­

тора

и т.

д. Н а г р у з к а

на

рабочий

орган

и,

следовательно,

ха­

рактер и

продолжительность ускорений

и

замедлений

махо­

вика

в данном случае имеет совершенно неопределенный

ха­

рактер. При этом если в некоторых машинах

равномерность

хода

более

или менее

соблюдается (дробильные установки),

то

в

других маховик

нередко доводится

до

полной

останов­

ки

(например, винтовые

прессы) .

 

 

 

 

 

 

 

 

Совмещение в маховике двух названных выше функций характерно для большинства случаев его применения, одна­ ко преобладание той или другой функции делает возможным некоторое разграничение маховиков.

Инерционными аккумуляторами высокой удельной энер­ гоемкости могут считаться такие, в которых высокие скорости

вращения маховиков, необходимые для накопления

значи­

тельной энергии, н а к л а д ы в а ю т существенный отпечаток

на

конструкцию

инерционного аккумулятора,

материал

и

фор­

му маховика.

Маховики высокоэнергоемких

аккумуляторов

имеют чаще всего форму дисков без отверстий, ободов с дис­

ками, а т а к ж е

специальную

 

(см. н и ж е ) ; изготовляются

махо­

вики из1 высококачественных

легированных

сталей,

проволок,

лент, а в ^последнее время

из стеклопластиков.

О к р у ж н ы е

скорости таких

маховиков

могут достигать

1000 м/сек

и бо­

лее. Высокие скорости вращения вызывают большие аэроди­ намические потери, вследствие чего маховики помещаются в специальные кожухи, которые способствуют снижению этих потерь.

22


Высокоэнергоемкие инерционные аккумуляторы

 

исполь­

зуются как для кратковременной, так и

д л я

сравнительно

длительной

работы. Д л я кратковременной

работы

с продол­

жительностью циклапримерно

до 1 мин

применяются

обыч­

но малогабаритные

(массой до

200—300 кг)

маховики,

д л я

длительной

же,, продолжительностью до

десятков

м и н у т , —

крупногабаритные, ч а щ е всего массой около 1—1,5

г,

а в

не­

которых случаях и

больше.

 

 

 

 

 

 

Высокоэнергоемкие инерционные аккумуляторы кратко­ временного действия, так ж е как н низкоэнергоемкие, могут использоваться для временного повышения мощности уста­ новки. При этом основная их разница заключается в величи­ не удельной энергии, расходуемой в течение цикла. Четкого разграничения устройств, использующих энергию низкоили высокоэнергоемких аккумуляторов, наметить невозможно — могут использоваться как одни, так и другие. Например, пусковое устройство может содержать как крупногабаритный маховик малой удельной энергоемкости, так и малогабарит ­ ный высокой удельной энергоемкости.

Другое назначение инерционных аккумуляторов кратко­ временного действия — рекуперирование кинетической энер­

гии.

Д л я этой

цели применяются

обычно маховики, обладаю ­

щие

средней и

высокой удельной

энергоемкостью. Р е ж и м ра­

боты инерционных аккумуляторов, рекуперирующих кинети­

ческую

энергию, существенно зависит от типа

привода, а

т а к ж е

от связи привода с основным двигателем.

Рекуператор,

не связанный с основным двигателем, накопляет только энер­ гию торможения, и маховик его малогабаритен . Рекуператор, связанный с основным двигателем, может содержать как ма­ логабаритный маховик (при связи с двигателем внутреннего сгорания или иным, не инерционным), так и крупногабарит­ ный (при совмещении функций основного двигателя инерци­ онного типа и рекуператора) . Продолжительность работы, на­ пример, автобусного рекуператора о к о л о . 1 0 сек [105].

Высокоэнергоемкие инерционные аккумуляторы длитель­ ного действия применяются в качестве как основных, так и вспомогательных источников энергии на машинах . Гировозы, гиробусы, тележки, тельферы и другие гироскопические транспортные средства ' содержат инерционный аккумулятор как основной источник энергии. Маховик таких аккумулято ­ ров разгоняется путем подключения к тому или иному источ-


пику энергии, и затем, после отсоединения от него, накоплен­ ная энергия расходуется при работе машины .

Как вспомогательные источники энергии инерционные аккумуляторы длительного действия применяются, в случаях продолжительных перерывов в "работе основного двигателя пли недостаточной его мощности. Ветродвигатели, например, содержат инерционный аккумулятор, питающий электрогене­ ратор при отсутствии ветра. При наличии ветра инерционный аккумулятор з а р я ж а е т с я .

Рассмотрим подробно основное звено инерционного ак­ кумулятора, которое, собственно, н является накопителем ки­

нетической энергии, — маховик (рис. 13).

 

Следует

отметить, что маховики бывают постоянного

и

переменного

момента инерции. Увеличением момента инер­

ции маховика вследствие его упругих деформаций при

в р а :

щении мы пренебрегаем, и маховик, в котором

особо

не

пре­

дусмотрено устройство для изменения момента

инерции,

счи­

таем о б л а д а ю щ и м постоянным значением

последнего.

 

 

Существует большое разнообразие предложений и про­

ектов создания маховика переменного

момента

инерции.

Большинство из них основано на раздвижении грузов, играю­ щих роль маховых масс, при помощи винтовых пар или иным

образом, а

т а к ж е на

наполнении пустотелых

б а р а б а н о в раз­

личным

количеством

жидкости или сыпучего материала .

Н у ж н о

 

признать, что,

несмотря на это разнообразие и несом­

ненную нужность маховиков переменного момента

инерции,

работоспособной конструкции таких маховиков еще

не

созда­

но.

Все

существующие конструкции весьма

малоэнергоемки

и

обладают

низким

к. п. д. Основной ошибкой изобретате­

лей и

конструкторов

таких маховиков является излишнее увле­

чение

кинематикой устройства д л я изменения

момента

инер­

ции маховика, в результате чего они забывают, что основным фактором повышения энергоемкости маховиков является его

прочность. Чем более равномерно «загружен»

материал ма­

ховика

н а п р я ж е н и я м и

(разумеется, при каком-то

конкрет­

ном значении допускаемого

н а п р я ж е н и я ) , тем

рациональнее

маховик

[25] . В предлагаемых ж е проектах основная масса

маховиков практически

не

н а п р я ж е н а , почти

вся

нагрузка

приходится на небольшую и наиболее сложную их часть — механизм управления . Это и обусловливает малую эффектив -