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

К. п. д. инерционных аккумуляторов, как

и других

меха­

низмов, представляет собой отношение полезно

затраченной

энергии к суммарной энергии, выделенной за

время,

в

тече­

ние которого они

находились во включенном

состоянии:

vp

р

vp

у р

где 2 . Е П Л

— э н е р г и я ,

з а т р а ч е н н а я

на полезную

работу;

2 Е п о т — э н е р г и я ,

з а т р а ч е н н а я на преодоление

сопротивлений

в р а щ е н и ю ;

Ео — с у м м а р н а я энергия,

выделенная

за

время

работы .

Энергия, необходимая д л я совершения полезной

работы,

может быть определена

исходя из мощности

потребителя и

го а к к у м у л я т о р а

эти

п а р а м е т р ы д о л ж н ы

быть з а д а н ы к а к

исходные. Энергия

же,

з а т р а ч е н н а я на преодоление

сопротив­

лений вращению, д о л ж н а быть определена

исходя

из условий

р а б о ты инерционного

а к к у м у л я т о р а — - с к о

р о с т и вращения ма­

ховика, среды вращения, веса маховика и

др .

Потери энергии

в инерционном а к к у м у л я т о р е

складыва ­

ются в основном из

потерь на аэродинамические

сопротивле­

узлах . В различных конструкциях инерционных

аккумулято ­

ров

величина

этих потерь

различна . Н а п р и м е р ,

в

конструкци­

ях,

с о д е р ж а щ и х б ы с т р о в р а щ а ю щ и е с я

маховики,

помещенные

в воздушную

с р е д у / в е л и ч и н а

вентиляционных

потерь

состав­

ляет

до

90%

суммарных,

а в

конструкциях с

вращением

ма­

ховика

в

вакууме п о д а в л я ю щ а я часть

потерь

приходится

на

подшипниковые узлы . В инерционных

а к к у м у л я т о р а х

с

не­

большими

вентиляционными потерями

( м е д л е н н о в р а щ а ю ш и е -

ся маховики

в воздушной

среде или б ы с т р о в р а щ а ю щ и е с я

ма­

ховики, помещенные в водородную или гелиевую среду)

эти

два вида

потерь примерно равнозначны .

Д л я

перспективных

конструкций

уменьшение

вентиля­

ционных потерь дает более ощутимый

эффект,

чем снижение

потерь в подшипниковых

узлах, так как по абсолютной

вели­

§ 1. Аэродинамические (вентиляционные)

потеря

Вопросу исследования аэродинамических потерь

при

в р а щ е н и и маховиков в газовой среде посвящено большое

ко­

личество работ к а к отечественных, т а к и з а р у б е ж н ы х ученых.

В этих работах г а з о в а я

среда

приближенно

рассматривается

к а к н е с ж и м а е м а я м а л о в я з к а я

жидкость

[82,

83,

84] .

Согласно экспериментальным данным А. Стодолы,

мощ­

ность, з а т р а ч и в а е м а я

на

вентиляционные потери

при в р а щ е ­

нии диска, определяется

в ы р а ж е н и е м

N =

A n 2 ' 9 ,

где А — коэффициент,

зависящий от конструкции

диска;

п —

число оборотов диска

в

.минуту. Б ы л о

т а к ж е

установлено,

что эта мощность изменяется пропорционально

(т. е. по

ли­

нейному закону) плотности о к р у ж а ю щ е й

среды.

О п ы ты

А.

Стодолы проводились с г л а д к и м диском

диамет ­

ром

около 0,5

м

при о к р у ж н ы х

скоростях менее

100 м/сек

и

с большими

з а з о р а м и между диском и кожухом .

Опыты'

по

определению

вентиляционных потерь

при

о к р у ж н ы х скоростях свыше 200

м/сек

д л я з а з о р о в

около

1

мм

были проведены

В . Е. Варлеем . Д л я выяснения влияния

р а з -

меров диска на величину вентиляционных потерь

д и а м е т р

диска в а р ь и р о в а л с я в пределах 200—300 мм.

В

результате

этих опытов

было установлено, что при одной и той ж е

окруж ­

ной

скорости

абсолютная величина мощности

трения

п а д а е т

по

мере

уменьшения д и а м е т р а

диска.

К р о м е

того,

Варлей-

р а с с м а т р и в а л изменение числа Рейнольдса при вращении

раз ­

личных дисков:

где

и — о к р у ж н а я скорость в р а щ е н и я

диска

с д и а м е т р о м

D, м/сек;

v — кинематическая вязкость

воздуха

на внешнем

д и а м е т р е

диска,

м2/сек.

ч

Зависимость

коэффициента

трения

С/ и

коэффициента

мощности

трения

В от числа Рейнольдса, по

В . Е. Варлею,

в ы р а ж а е т с я

уравнением:

этих

ф о р м у л а х

составлял

всего

0,6.

Исходя

из предположения,

что поток жидкости

(или га­

з а ) ,

заключенный м е ж д у

пограничными

слоями диска

и кор­

пуса,

в р а щ а е т с я к а к

твердое

тело

по

определенному

зако ­

ну, Ф. Шульцем - Груновым была п р е д л о ж е н а формула

д л я

определения

коэффициента

трения

при

л а м и н а р н о м

потоке:

C f

-

^

+

Re

I{-yj[S V

0,0146f

S+

(AjV

2

0,1256

1

R e < 2 . . 0 < ,

"

• "

'

-

-

-

ReS

где

S — зазор

м е ж д у

диском

и стенкой кожухаТ

(202)

Д л я

переходного

периода

ламинарного

потока

к

турбу­

лентному

( R e = (2,4-^2,5) • 105 ):

р

_

1.334

слоях на диске воздух увлекается

к периферии, а в таком ж е

слое на стенках кожуха он течет

в обратном направлении .

со

где со — угловая

скорость

вращения

диска.

М е ж д у тем

в результате аналитического

определения уг­

ловой скорости

д в и ж е н и я

воздуха

получена

ф о р м у л а :

Уточнение

метода

Шульца - Грунова

было

выполнено

А. Ф. З а х а р о в ы м . Метод А. Ф. З а х а р о в а

позволяет объяснить

разницу м е ж д у аналитическими и экспериментальными

зна­

чениями в опытах Ш у л ь ц а - Г р у н о в а .

Пересчет

теоретических

результатов

Шульца - Грунова

(с

учетом

геометрических

размеров

его

экспериментальной

установки)

по

методике

А. Ф. З а х а р о в а

дает

в ы р а ж е н и е ви­

д а :

(о

что

значительно

б л и ж е

к

опытному

результату

Шульца - Гру ­

нова.

Необходимо

учитывать,

что

А. Ф. З а х а р о в проводил

опы­

ты

с тонкими

дисками,

и

результаты

его

исследований

нель­

зя

применить

к м а х о в и к а м . б е з

дополнительных

поправок.