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

MaxoSunu

Постоянного

Переменного

момента

момента

инерции

инерции

Нщкоскорост-

Ьысокоскорост-

наїе

ные

Ododco

Диски с

спица пи

центральным

отверстием

ствия маховика заключается в следующем:

при

отсутствии

давления

воды

поршни, стягиваемые пружинами,

нахбдятся-

у центра. При подаче воды в центральную часть

маховика

поршни

раздвигаются, увеличивая общин

момент

инерции.

При выпуске воды они возвращаются в исходное

положение.

Несмотря

на то, что кинематически этот маховик впол­

непригодность

для выполнения

поставленной

цели.

Н а п р и ­

мер,

при

массе

одного

из

поршней

(грузов),

равной

10

кг

(

1

J , и

угловой

скорости

вращения

маховика

628

рад/сек

(6000

об/мин)

при

расстоянии

груза от

центра

вращения

0,25

м нагрузка

на к а ж д у ю пружину

составит свы­

ше

1

мн

(100

т), что явно

невыполнимо.

Следует еще

раз отметить

актуальность

задачи

создания

работоспособных

маховиков переменного

момента

инерции,

поскольку

изменение

момента

инерции

дает

возможность

варьирования скорости вращения маховика, а это

является

очень ценным

свойством любого

привода

[63].

М а х о в и ки

с

постоянным моментом инерции могут

экс­

плуатироваться

и

при высоких, и

при низких о к р у ж н ы х

ско­

ростях. Так как

о к р у ж н а я скорость

является основным

факто­

ром, вызывающим напряженное состояние м а т е р и а л а

махови­

цию. В зависимости от этого маховики могут делиться

на

ннзкоскоростные (соответствующие их малой удельной

энер­

гоемкости) и

высокоскоростные (соответствующие их

высо­

кой удельной

энергоемкости) .

Низкоскоростные

маховики

одновременно

<с

функцией

аккумуляторов

механической энергии

способны

выполнять

роль элемента привода. Н а п р и м е р , маховик может

служить

шкивом

ременной передачи, зубчатым

колесом,

полумуфтой

и т. д.

В этих

случаях

возможна

специальная форма

махови­

зультате чего недоиспользуются

прочностные свойства метал­

ла. В этих случаях маховики

изготавливаются составными,

нетарного (рис. 16). Маховики - сателлиты

в р а щ а ю т с я

одно­

временно вокруг

своей оси О и вокруг оси

солнечного

колеса

0 | , в результате

чего периферийные точки

приобретают

срав ­

лочная

арматура,

Рис.

16. Планетарный маховик:

2 —

бетон,

3 —

/ — маховик-сателлит, 2 — маховик-

диск

со

ступицей.

солнечное

колесо.

ростях, вызывающих большие нагрузки от центробежных

сил

на подшипники сателлитов и водила.

Эксплуатация маховиков при высоких окружных скоро­

стях

предъявляет повышенные

требования

к их прочности.

М а т е р и а л о м высокоскоростных маховиков

служит

обычно

сталь,

легированная хромом, никелем, молибденом.

Заготов ­

ки изготовляют путем ковки с

соблюдением

требований

к

обработке

и дефектоскопии.

Форма

маховика, т а к ж е

играю­

щ а я н е м а л о в а ж н у ю

роль

їв

распределении

напряжений,

су­

щественно

отличается

от

формы

низкоскоростных маховиков.

Эволюция

форм маховиков

при

возрастании

окружной

ско­

рости представлена на рис.

17.

. И з

рис. 17 явствует, что

форма наиболее скоростного ма­

ховика

представляет

собой диск

и

стержень

равной

прочнос-

Рис.

17.

Эволюция

формы сечения

махови­

ков

при

возрастании

ок­

ружной

скорости

враще­

ния:

1 — обод

со

спица­

ми,

2, 3, 4 — ободы

с

дисками,

5 — диск

рав­

ной

прочности,

6—рав­

ти.

Следует

отметить,

что эта форма не является

неизмен­

ной, застывшей . Она

меняется в

зависимости от

окружной

скорости вращения и

д л я к а ж д о г о

значения скорости

имеет

свой вид. Несмотря на

то, что почти ївся масса диска и стерж­

ня

равной

прочности

сосредоточена близко к центру, махо­

вик

такой формы способен накопить максимальное

количест­

во

энергии.

И, наконец, следует сказать об одной из наиболее пер­

спективных

конструкций маховиков — с высокопрочной

махо­

вой

массой. К а к

будет

показано

ниже,

совершенствование

формы маховика

приносит ограниченный

выигрыш

в

удель­

гает 500—600 кГ/мм2

-и выше, что почти в десять

раз

пре­

восходит

прочность

монолитных материалов [ I ] . В

этой

свя­

зи представляет интерес конструкция маховика

с

основной

маховой

массой из

высокопрочной проволоки.

На

рис.

18

Рис.

18.

Сверхэнер-

гоемкш'і

супермаховик:

/ — обод

из высокопроч­

ной проволоки

или во­

локна,

2 — несущий

центр.

массы. Маховик предназначен д л я

эксплуатации

при

высоких

скоростях. Принципиально т а к а я

конструкция

обеспечивает

энергоемкость, почта

в десять

р а з

'превышающую энергоем­

кость монолитных

маховиков.

Оригинальны

по

з а м ы с л у

маховики

т а к

называемого

«стержневого» типа,

р а з р а б а т ы в а е м ы е в

настоящее

время

фирмой Лю-кхид 'И

университетам

им. Д ж .

Гопкиноа

в С Ш А

ков,

эти маховики имеют форму стержня равной прочности

при

вращении (рис. 19),

что позволяет рационально исполь­

зовать

материал . О к р у ж н а я скорость маховиков

стержневого

типа

из стеклопластиков

высокой

прочности

м о ж е т дости­

гать

1

км/сек.

Путем дальнейшего совершенствования маховиков стерж ­

невого

типа

был получен

маховик

клинового

типа

(универси­

тет

им.

Д ж .

Гоп-кинса,

автор Д .

В. Р а б е н х а р с т ) . Этот ма-