Маховик для чего предназначен – Маховик двигателя: назначение, принцип работы и разновидности

Содержание

Маховик — Википедия

Маховик со сферическими грузами, построенный по чертежам Леонардо да Винчи. Кадр из видео.

Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента как это используется на космических аппаратах.

Используется в машинах, имеющих неравномерное поступление или использование энергии, накапливая энергию, когда поступление энергии выше чем расход, и отдавая её, когда потребление превышает поступление энергии. Также используется в гибридном двигателе в качестве накопителя энергии и для рекуперативного торможения, гиробусах.

Часто функцию маховика выполняет массивный вращающийся элемент механизма. Такие как гончарный круг, массивные колеса водяной мельницы или массивные зубчатые колеса.

Помимо энергии, вращающийся маховик (как и любое вращающееся тело) обладает ещё и моментом импульса, с чем связано наблюдение гироскопического эффекта, заключающегося в прецессии оси вращения вокруг своего первоначального направления при появлении внешней силы, не совпадающей с направлением оси вращения.

Первым примером использования гироскопического эффекта можно считать изобретение игрушки «волчок» («йо-йо»).

Одним из первых применений гироскопического эффекта стал переход в XIX веке от стрельбы круглыми ядрами к продолговатым снарядам, вращение которых позволило сохранять их ориентацию в пространстве, а продолговатая форма — значительно увеличить их массу (болванка) или же разрывной заряд при равном аэродинамическом сопротивлении.

Маховиком является и ротор гироскопа, используемого в гирокомпасах и вообще в гироскопических устройствах ориентации в пространстве, в частности торпед (прибор Обри), ракет и космических аппаратов. Наиболее привычные примеры маховика — велосипедное колесо или вращающийся диск электро-проигрывателя виниловых пластинок.

Свойство маховика сохранять направление оси вращения используется в успокоителях качки корабля.

В повседневной жизни маховик наиболее часто применяется на автомобилях: любой поршневой двигатель снабжён маховиком, часто совмещающим функции как часть сцепления и системы пуска (маховики снабжают зубчатым венцом для передачи момента от стартера). Кроме вывода кривошипного механизма из мёртвой точки, маховик в двигателе снижает неравномерность вращения до приемлемой, что увеличивает ресурс трансмиссии (оставшаяся часть неравномерности гасится пружинами демпфера крутильных колебаний или муфтой АКПП, затем торовыми резиновыми и вискомуфтами).

Кинетическая энергия вращения, накопленная во вращающемся теле (маховике), может быть рассчитана по формуле:

Маховик фабричной стационарной паровой машины
E=12Iω2{\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}

где:

Для простых форм маховика известны конечные выражения момента инерции

Заменив в формуле для полого цилиндра угловую скорость ω{\displaystyle \omega } на частоту вращения f{\displaystyle f} по формуле

ω=2πf{\displaystyle \omega =2\pi f}

получим

E=m(πf)2(r2+ro2){\displaystyle E=m(\pi f)^{2}(r^{2}+r_{o}^{2})}

Эффект маховика использовался с древнейших времен. Например в гончарном круге, ветряных мельницах. Вероятно, одним из древнейших примеров использования маховика стала археологическая находка из Междуречья (в районе города Ур) — гончарный станок с диском из обожжённой глины, около метра в поперечнике и весом не менее центнера. Подобные изобретения неоднократно появлялись и в Китае.[1]

E=m(\pi f)^{2}(r^{2}+r_{o}^{2}) Маховик со старой фабрики

Согласно американскому медиевисту Линну Уайту немецкий монах Теофил упоминает в своём трактате «О различных искусствах» несколько машин, в которых применяется маховик[2].

Во время промышленной революции, Джеймс Уатт применил маховик в паровой машине для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня[3], и его современник Джеймс Пикард использовал маховик в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное[4].

В 20-30-х годах XX века советский изобретатель А. Г. Уфимцев впервые в мире[5] применил инерционный аккумулятор на первой в России ветроэлектростанции, построенной им в Курске.

Использование маховика в качестве аккумулятора энергии ограничивается тем, что при превышении допустимой окружной скорости происходит разрыв маховика приводящий к большим разрушениям. Это вынуждает создавать маховики с очень большим запасом прочности, что приводит к снижению их эффективности.

Следствием этого является малая (по сравнению с другими видами аккумуляторов) удельная энергоёмкость.

Пример[править | править код]

Предельное значение угловой скорости маховика ω{\displaystyle \omega } определяется прочностью материала маховика на разрыв. Нетрудно показать, что для маховика в форме вращающегося диска 12Iω2=V4Smax{\displaystyle {\frac {1}{2}}I\omega ^{2}={\frac {V}{4}}S_{max}}, где Smax{\displaystyle S_{max}} — предел прочности материала маховика на разрыв (сила разрыва на единицу площади), V{\displaystyle V} — объём диска. Для плавленого кварца Smax=3×109{\displaystyle S_{max}=3\times 10^{9}} Н/м2. Энергоемкость маховика из плавленого кварца объёмом 0,1{\displaystyle 0,1} м3 и весом 200{\displaystyle 200} кг будет равна энергоемкости 13{\displaystyle 13} л бензина[6].

В мае 1964 года Н. В. Гулия подал заявку на изобретение супермаховика — энергоёмкого и разрывобезопасного маховика. В отличие от классического монолитного маховика, супермаховик намотан из тонкой ленты, проволоки или синтетических волокон, которые обладают значительно большей удельной прочностью, чем монолитная деталь (отливка или поковка), поэтому энергоемкость такого маховика значительно выше (по утверждению изобретателя, до 1,8 МДж/кг). Кроме того, в случае разрыва супермаховика не образуется крупных осколков: концы разорванной ленты или волокон начинают тормозиться о кожух, и маховик постепенно останавливается.

  1. Родионов В. Г. Оптимизация структуры генерирующих мощностей. Аккумуляторы – накопители энергии // Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего. — М.: ЭНАС, 2010. — С. 65. — 352 с. — ISBN 978-5-4248-0002-3.
  2. ↑ Lynn White, Jr., «Theophilus Redivivus», Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224—233 (233)
  3. Элла Цыганкова У истоков дизайна
  4. ↑ Encyclopedia of the Industrial Revolution, 1750—2007: Steam Engine Архивная копия от 6 октября 2008 на Wayback Machine (англ.)
  5. Ветроэлектрическая станция — статья из Большой советской энциклопедии. 
  6. Орир Дж Физика. Том 1. — М., Мир, 1981. — c. 167

ru.wikipedia.org

Что такое маховик двигателя? Виды маховиков в ДВС

Части современных двигателей внутреннего сгорания состоят из множества различных деталей, каждая из которых играет свою роль. Одной из таких деталей является маховик. Он имеет довольно простую конструкцию, но несет важную функцию.

Маховики устанавливают на торцевые части коленчатых валов рядом с задними коренными подшипниками.

Многие автовладельцы не имеют представления о том, что такое маховик. В статье мы постараемся осведомить вас о том, что он собой представляет и каковы его функции в механизме.

По виду маховик напоминает диск. Он прикрепляется к задней части коленчатого вала.
Маховик
Маховик имеет довольно внушительный вес, благодаря которому, согласно законам физики, он накапливает и отдает кинетическую энергию. Это свойство позволяет узлам использоваться современными двигателям внутреннего сгорания в качестве конструкций, которые сглаживают неравномерность вращения коленчатого вала. Когда поршень работает, маховики скапливают энергию крутящего момента, а когда поршни «спят», выводят эти детали из них, отдавая при этом энергию.

Важным является тот факт, что, чем больше цилиндров имеет двигатель внутреннего сгорания, тем более его крутящий момент равномерен. По этой причине в подобных ДВС можно применять маховики небольшого веса.

Важнейшей функцией маховика считается трансляция крутящего момента на коленчатый вал от стартера. Она производится следующим образом: на внешнюю окружность узла прикрепляется зубчатый стальной ободок. Он расположен в месте зацепления с валом, который проходит от стартера. При включении водителем зажигания, стартер начинает проворачивать этот вал, а тот, в свою очередь, крутит маховик, приводящий в движение коленчатый вал. Таким образом осуществляется запуск двигателя.

Помимо всего этого, маховик играет важную роль в действии трансмиссии машины. Он выполняет в ней роль ведущих дисков сцепления. Вращательный момент коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания передается коробке переключения передач, а от них идет трансляция к ведущим колесам.

Виды маховиков в ДВС

Маховики современных ДВС имеют следующее подразделение:

  • Одномассовые (сплошные). Считаются самым распространенным видом. Одномассовый маховик ДВС представляет собой сплошную конструкцию и диск внушительного размера диаметром от 300 до 400 миллиметров. Изготавливают одномассовые маховики чаще всего из высококачественного чугуна. По всей окружности сплошного маховика проводят венец – стальное зубчатое кольцо. Монтаж производится по технологии напрессовки, благодаря чему кольцо крепится прочно. Для закрепления одномассового маховика на коленчатый вал нужно с одной стороны детали выполнить ступицу. Противоположная же плоскость сплошного маховика выполняет роль ведущего диска сцепления. Выходит, что конструкция одномассового маховика не представляет собой особой сложности. Также, данный маховик имеет сравнительно невысокую стоимость, поэтому он широко применяется в современных ДВС. Минус сплошного маховика заключается в том, что он плохо гасит крутильные колебания. Есть разновидности маховиков, которые справляются с этой задачей лучше;
  • Двухмассовые маховики. Двухмассовый маховик – это конструкция из двух дисков, соединенная между собой пружинно – демпферной системой. Функция этой системы состоит в том, чтобы избавлять трансмиссию машины от непрерывно возникающих крутильных колебаний силового агрегата, уравновешивать ее работу. Применяя двухмассовый маховик вместо одномассового, можно не использовать в ведущем диске сцепления демпфирующее устройство, что повысит надежность и долговечность системы. Также двухмассовые маховики позволяют делать следующее:
  1. Снижать вибрации, которые передаются от двигателя к трансмиссии;
  2. Снижать уровень шума;
  3. Делать коробку передач более «удобной» в использовании;
  4. Защищать трансмиссию от перегруза.

Маховик ДВС
Некоторые исследования показывают, что двухмассовые маховики способны снизить потребление двигателем топлива. К недостаткам можно отнести не столь высокую надёжность, какую имеют, к примеру, одномассовые маховики. Это связано с нагрузкой, которая «ложится» на пружинно – демпферную систему. По этой же причине двухмассовые маховики не так часто эксплуатируются автовладельцами. Однако сейчас активно разрабатывают новые усовершенствованные конструкции этих узлов, ведь появляются новые модели двигателей, которые функционируют на низких оборотах, а также моторы довольно большой мощности при скромном рабочем объеме. Такие двигатели внутреннего сгорания «ждут» от маховиков высокого уровня гашения колебаний, над чем конструкторы и работают;

  • Облегченные маховики. Применяются при тюнинге силовых агрегатов. В таких маховиках масса распределяется от центра к краям, что уменьшает общий вес конструкции и момент инерции. Машины, оснащенные облегченными маховиками, обладают улучшенной разгонной динамикой.

Видео принцип работы маховика в двигателе

На информационном сайте для автолюбителей «FORAM» вы сможете найти много полезной информации, касающейся ремонта и обслуживания автомобилей.

foram.ru

типы, преимущества, недостатки и требования

В статье расскажем про маховик — накопитель энергии, расчеты и требования к ротору, типы маховиков, его преимущества недостатки и применение.

Техника накопления энергии с использованием маховика насчитывает тысячи лет. Просто возьмите пример колеса Поттера и подумайте, что оно делает. Он просто использует инерцию колеса и продолжает вращаться с минимальными усилиями. Концепция маховика, который будет использоваться в качестве устройства накопления энергии, используется с 1950-х годов. Их можно было легко заметить на автобусных остановках для зарядки общественного транспорта. Однако эта идея не может быть широко принята ввиду ее громоздкости и излишнего веса.

Расчет накопления энергии в маховике

Запас энергии в Маховике можно рассчитать:

E = ½ Iω 

2

или же

E = ½ (kMr 2 )ω2

где:

  • I выступает за момент инерции махового колеса
  • ω обозначает вращающуюся скорость. Он измеряется в радианах в секунду.
  • M обозначает масса маховика
  • R обозначает Радиус Маховика
  • K обозначает инерционную постоянную

Примечание. Значение «k» зависит от формы маховика. Например, если маховик вращается вокруг своей оси (например, велосипедное колесо или полый цилиндр), значение k будет равно 1. Однако, если колесо маховика имеет сплошную цилиндрическую форму, то значение k будет ½ .

Требование маховика (ротор)

Постепенно с развитием технологий маховики стали более совершенными. В наши дни современные маховики содержат кинетическую энергию в быстро движущемся, вращающемся барабане, который действует как ротор генератора. В то время, когда дополнительная энергия остается неизрасходованной, она используется для увеличения скорости вращающегося барабана. Всякий раз, когда есть потребность в энергии, этот барабан приводит в движение генератор.

Картинка маховика с внутренними элементами

Роторы этих супер маховиков изготовлены из материала с очень высокой прочностью и плотностью, например, из углеродного волокна. Для ротора требуется высокопрочный материал, так как он обычно вращается со средней скоростью 100000 оборотов в минуту и ​​должен выдерживать воздействие высокой центробежной силы. Эти роторы установлены в вакуумной полости, чтобы минимизировать потери из-за трения воздуха. Эти потери на трение могут быть дополнительно сведены на нет с помощью подшипников с магнитной левитацией.

Тип маховиков

На рынке представлены два типа маховиков в зависимости от их функций и областей применения. Преимущества маховика делают их жесткими конкурентами в приложениях электросети.

Есть в основном два типа маховиков, доступных на рынке. Далее мы рассмотрим их

Высокоскоростной маховик

Угловая скорость маховиков этого типа находится в диапазоне от 30000 до 60000 об/мин, что может быть доведено до 100000 об/мин. Они содержат подшипники с магнитной левитацией и требуют меньшего ухода. Они легче по весу, если сравнивать размер/мощность с маховиками с низкой скоростью. Они дорогостоящие по сравнению с маховиками с низкой скоростью.

Маховик с низкой скоростью

Угловая скорость этого типа маховиков достигает 10000 об/мин. Они громоздкие и тяжелые по сравнению с высокоскоростными маховиками. Они нуждаются в периодическом обслуживании и не используют подшипники с магнитной левитацией. Их установка требует специальной бетонной конструкции, чтобы выдержать ее вес. Они дешевле по сравнению с высокоскоростными маховиками.

Картинка в разрезе маховик с низкой скоростью

Преимущества маховика

Эти типы маховиков более эффективны, чем обычные батареи (только если мы пренебрегаем стоимостью установки), и поэтому им отдают предпочтение перед обычными батареями. Вот список немногих преимуществ Маховика перед аккумуляторами:

  • Большая способность хранить энергию
  • Большая продолжительность жизни
  • Способность хранения не зависит от цикла зарядки/разрядки
  • Меньше технического обслуживания
  • Меньшие тепловые потери
  • Более высокая эффективность в оба конца
  • Больше пиковой нагрузки
  • Простота эксплуатации

Применение маховиков

  • в ветряных турбинах
  • наряду с двигателем с приводом от генератора для хранения энергии
  • в автомобильных двигателях
  • в электромобилях для ускорения (на экспериментальной стадии)
  • В современных локомотивах
  • В передовых технологиях транзитных автобусов
  • В спутниках контролировать направление
  • В Большие электрические сети для защиты от перебоев

meanders.ru

маховик — Викисловарь

Морфологические и синтаксические свойства[править]

падеж ед. ч. мн. ч.
Им. махови́к маховики́
Р.
маховика́
маховико́в
Д. маховику́ маховика́м
В. махови́к маховики́
Тв. маховико́м маховика́ми
Пр. маховике́ маховика́х

ма-хо-ви́к

Существительное, неодушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 3b по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -мах-; суффиксы: -ов-ик [Тихонов, 1996].

Произношение[править]

Семантические свойства[править]

Значение[править]
  1. техн. массивное вращающееся колесо на валу двигателя или другой машины, выравнивающее её ход либо использующееся в качестве накопителя кинетической энергии ◆ Ротор асинхронного генератора представляет собой обычный маховик, поэтому он лучше защищен от попадания влаги и грязи. ◆ Маховик соединен с валом электрогенератора, который заряжает аккумулятор.
  2. техн. гладкое колесо, предназначенное для вращения рукой ◆ Открывание и закрывание вентилей разрешается производить, вращая маховик руками; ни в коем случае не допускается применять удлинительные рукоятки, рычаги, ломы и т.п. , 19 авг 1999 // «Типовая инструкция по безопасному ведению работ для персонала котельных РД 10-319-99 (1999)»
  3. перен., в сочетании с дополнением какой-либо медленный, постепенно набирающий обороты процесс ◆ Маховик «холодной войны» безостановочно продолжал раскручиваться. ◆ Людям, попавшим в маховик истории, от этого не легче. ◆ Безграмотные и безответственные действия власти только поддерживают пламя войны и раскручивают маховик ненависти .
Синонимы[править]
  1. част. гироскоп, волчок
  2. част. штурвал, вентиль
Антонимы[править]
Гиперонимы[править]
Гипонимы[править]

Родственные слова[править]

Список всех слов с корнем «мах-/маш-» [править]
  • существительные: замах, замашечка, замашка, мах, махальщик, махальщица, махание, маханье, маховик, маховичок, махолёт, отмахивание, отмахиванье, отмашечка, отмашка, размах, размахивание, размахиванье
  • прилагательные: маховой, маховый, машущий, неразмашистый, размашистый
  • глаголы: взмахивать, взмахнуть, вымахать, вымахивать, замахать, замахаться, замахивать, замахиваться, замахнуть, замахнуться, махать, махаться, махнуться, намахивать, намахиваться, намахнуть, намахнуться, перемахивать, перемахиваться, перемахнуть, перемахнуться, подмахивать, подмахнуть, помахать, помахаться, помахивать, промахивать, промахиваться, промахнуть, промахнуться, размахивать, размахиваться, размахнуться, умахиваться, умахнуть
  • наречия: одним взмахом, вмах, махом, неразмашисто, размашисто

Этимология[править]

Происходит от прил. маховой и гл. махать, далее из ??

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

Анаграммы[править]

Библиография[править]

Interrobang.svg Для улучшения этой статьи желательно:
  • Добавить гиперонимы в секцию «Семантические свойства»
  • Добавить хотя бы один перевод для каждого значения в секцию «Перевод»

ru.wiktionary.org

Маховик двигателя

Маховик является частью сразу нескольких систем силового агрегата, поэтому на него возлагается целый ряд функции:

  • Гасит неравномерное вращение коленвала (маховик является частью конструкции кривошипно-шатунного механизма).
  • Передает крутящий момент от мотора к КПП (маховик является ведущим диском сцепления).
  • Передает крутящий момент от стартера на коленвал силовой установки (маховик – ведомая шестерня редуктора системы запуска).

Снижение пульсаций крутящего момента осуществляется за счет периодического накопления и отдачи маховиком кинетической энергии. Данная энергия накапливается в процессе рабочего хода поршня, а тратится при других тактах мотора, в частности при выводе поршней из мертвых точек. Стоит отметить, что, чем больше цилиндров имеет силовой агрегат, тем больше времени занимает рабочих ход поршня в каждом из них. Поэтому крутящий момент такого мотора более равномерный, при этом масса маховика может быть снижена.

Маховик фиксируется в торце коленвала возле заднего коренного подшипника – обычно, самого мощного в силовом агрегате. Обусловлено это тем, что он должен выдерживать не только вес маховика, но и нагрузку, которая образуется в результате его работы.

Существует несколько разновидностей конструкций маховика:

  • Облегченный
  • Двухмассовый
  • Сплошной

Наиболее распространенным является сплошной маховик. Его конструкция представляет собой чугунный диск, имеющий диаметр 30–40 см. На его внешней поверхности находится стальной зубчатый венец, который обеспечивает проворачивание коленвала при запуске мотора стартером. У маховика с одной стороны предусмотрена ступица для крепления к фланцу коленвала, обратная сторона является ведущим диском сцепления.

В процессе работы силового агрегата на разных оборотах коленвал все время закручивается и раскручивается, другими словами подвергается крутильным колебаниям. В силовом агрегате используются гасители крутильных колебаний разной конструкции. Таким устройством, в том числе, является демпферный (двухмассовый) маховик. Он используется на автомобильных моторах с 1985 года.

Устройство двухмассового маховика

Конструкция данного элемента состоит из двух дисков, которые соединены посредством пружинно-демпферной системы. Эта система позволяет в полной мере изолировать коробку передач от крутильных колебаний, а также гарантировать равномерную работу ее элементов. При использовании двухмассового маховика потребность демпфирующего устройства в ведомом диске сцепления отпадает.

Двухмассовый маховик имеет несколько весомых преимуществ, среди которых:

  • Гашение колебаний.
  • Изоляция шумов.
  • Снижение вибраций.
  • Снижение износа синхронизаторов.
  • Более удобное переключение передач.
  • Экономия горючего.
  • Защита КПП от перегрузки.

Однако, следует сказать несколько слов о недостатках. В частности, при интенсивной работе маховика происходит повышенный износ пружинно-демпферной системы. Кроме того, существует вероятность поломки основного элемента данной системы – дуговой пружины. Эти факторы ограничивают массовое внедрение демпферного маховика на автомобильных силовых установках.

Современные тенденции развития силовых агрегатов, такие как даунспидинг (расширение диапазона крутящего момента мотора с возможностью работы на низких оборотах) и даунсайзинг (снижение объема и массы мотора с сохранением мощности), потребовали нового уровня снижения колебаний. Таким образом, с 2008 года на автомобильные моторы устанавливается двухмассовый маховик, имеющий маятниковый гаситель колебаний.

Чтобы устранить пульсации вращения коленвала на низких оборотах, на маховик дополнительно устанавливают центробежный маятник. Данный маятник создает собственные колебания, которые накладываются в противофазе на уже сглаженные колебания, таки образом полностью погашая их.

Центробежный маятник представляет собой грузы, которые расположены по окружности маховика. Когда мотор работает на низких оборотах, грузы маятника раскачиваются сильнее, поскольку центробежные силы, которые действуют на них, достаточно малы. Когда обороты увеличиваются, амплитуда колебаний грузов уменьшается, соответственно, их роль в гашении колебаний снижается.

Маховик облегченной конструкции применяется при тюнинге силовой установки. Масса маховика переносится к краям диска, что позволяет снизить массу детали до 1.5 кг. Кроме того, это дает возможность уменьшить момент инерции. Облегченный маховик позволяет мотору значительно быстрее достигать максимальных оборотов, поэтому он имеет лучшую разгонную динамику. Благодаря подобной конструкции увеличивается мощность двигателя до 5%.

nivus.ru

Супермаховик — Википедия

Супермахови́к — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. По сравнению с обычными маховиками, способен сохранять больше кинетической энергии.

За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм массы[1]. В частности, в 1964 году советский инженер Н. В. Гулиа заявил авторские права на одну из конструкций, которой и дал название «супермаховик».

Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна или углеродных композитов. За счёт этого обеспечивается высокая прочность на разрыв и безопасность эксплуатации. При физическом разрушении супермаховик не разлетается на крупные части, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части тормозят барабан и предотвращают дальнейшее разрушение. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор-генератор, где статором является барабан, а ротором — ось, вокруг которой он вращается. Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию, а при подключении нагрузки — отдавать. КПД этого преобразования достигает 98 %[2].

Маховики как буферные устройства начали использоваться ещё во времена неолита, например, в устройстве гончарного круга[3]. В XX веке маховик претерпел ряд конструктивных изменений, позволявшим ему запасать энергию на значительное время. Так, например, в 1950-х годах вакуумированные маховики использовались в экспериментальном общественном транспорте, в частности испытывались гиробусы[4].

Преимущества и недостатки супермаховика[править | править код]

Супермаховик сочетает в себе долговечность и умеренную цену, безопасен[5] при разрушении, его КПД очень велик. Недостатком супермаховиков является гироскопический эффект, обусловленный большим моментом импульса вращающегося маховика и препятствующий изменению направления оси вращения маховика. Для исключения этого нежелательного эффекта при применении маховиков в качестве накопителей энергии на транспортных средствах можно применить подвеску маховика в кардановом подвесе, но это существенно усложняет конструкцию.

Дополнительным недостатком супермаховика является отсутствие отработанной простой трансмиссии, позволяющей использовать его на транспорте. В настоящий момент проводятся эксперименты по передаче энергии вращения супермаховика на колёса транспортного средства посредством супервариатора. Перспективным также является использование вакуумного супермаховика на магнитной подвеске в качестве источника электроэнергии для шаговых электродвигателей.

Еще одним недостатком супермаховика является его высокая пожароопасность. Если произойдёт разрушение супермаховика, то возникнет сила трения между разрушающимся маховиком и его корпусом. Так как супермаховик запас огромное количество кинетической энергии, при торможении эта энергия будет переходить в тепло. Количество выделившегося тепла в относительно короткий промежуток времени может быть настолько значительным, что может привести к воспламенению механизма или транспортного средства.

Н. В. Гулиа в первую очередь собирался применить супермаховик как накопитель энергии для автомобилей и даже построил несколько образцов такого транспорта.

Однако последние успешные достижения относятся к другим областям. Компания Beacon Power, основанная в США в 1997 году, сделала существенный шаг, разработав серию больших стационарных супермаховиков для применения в промышленных энергосетях. Супермаховики производства Beacon Power способны запасать энергию в 6 и 25 кВт⋅ч в зависимости от модели и мощность в 2 и 200 кВт соответственно.

Американская компания рассчитывает продавать их местным компаниям, а также сама оказывать услугу «регулирования частоты». Строительство регулирующей электростанции на супермаховиках мощностью 20 МВт началось в конце 2009 года[6]. Поскольку энергосистема США существует в условиях наличия множества местных поставщиков энергии и открытого энергетического рынка, необходимость регулирования мощности создает немало проблем, которые компания надеется решить: запасание «лишней» энергии, когда потребление снижается; восполнение недостатков во время пиков потребления; регулирование частоты тока.

Под научным руководством Н. В. Гулиа российская компания Kinetic Power[7] создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один такой накопитель способен запасать энергию до 100 кВт⋅ч и обеспечивать мощность до 300 кВт. В условиях российского рынка кластер из нескольких таких накопителей способен обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона, заменяя собой дорогостоящие и громоздкие гидроаккумулирующие электростанции.

Несмотря на то, что автомобили, питающиеся от маховиков, не получили широкого распространения, транспорт остаётся одной из наиболее привлекательных отраслей применения супермаховиков. В частности, речь идёт о железнодорожном транспорте. При торможении как пассажирского, так и грузового состава впустую тратится огромное количество энергии. Супермаховик, подключённый к одной электрической сети с составом, способен улавливать и запасать энергию торможения, а позже выдавать её в сеть для разгона состава. Спасённая таким образом энергия позволит снизить потребление на 30 %.[источник не указан 393 дня]

Помимо этого, супермаховики могут быть использованы для обеспечения бесперебойного питания[8] объектов высших уровней ответственности. Свойства супермаховика обеспечивают отклик устройства на уровне сотых долей секунды, позволяя ни на секунду не прерывать подачу электроэнергии.

  1. Гулиа Н. В. Супермаховики — из суперкарбона! // Изобретатель — рационализатор : журнал. — 2005. — № 12 (672). Архивировано 5 марта 2016 года.
  2. Леонид Попов. Вращающаяся армия бережёт 60 герц стабильного электричества (неопр.). Membrana.ru (30 августа 2006). Дата обращения 20 июня 2014.
  3. ↑ Lynn White, Jr., «Theophilus Redivivus», Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224—233 (233).
  4. ↑ Alternative Energy Storage Methods including supercapacitors, flywheel batteries, compressed air storage, springs, pumped storage, nuclear batteries and superconducting magnet…
  5. Гулиа Н. В. Накопители энергии. — М.: Наука, 1980. — 150 с.
  6. ↑ Beacon Breaks Ground on 20-MW Flywheel Storage Plant.
  7. ↑ Kinetic Power (неопр.) (недоступная ссылка). www.kinetic-power.com. Дата обращения 28 февраля 2016. Архивировано 18 января 2016 года.
  8. ↑ Kinetic Power (неопр.) (недоступная ссылка). www.kinetic-power.com. Дата обращения 28 февраля 2016. Архивировано 5 марта 2016 года.

ru.wikipedia.org

Материал для маховика - Libtime

  1. Главная
  2. Наука
  3. Материал для маховика
Елена Голец 7015 Материал для маховика —это для примера. С таким же успехом можно было задать вопрос: из какого материала делать ракеты и теннисные ракетки, лодки и шесты для прыжков, топливные баки и корпуса автомобилей? И ответить: рациональнее всего из композитов.

Что такое маховик

Что такое маховик и для чего он нужен? В политехническом словаре за 1977 год сказано, что маховик — это колесо с массивным ободом, устанавливаемое на валу машины с неравномерной нагрузкой для выравнивания ее хода. Если иметь в виду только эту цель, то для изготовления маховиков целесообразно выбирать как можно более тяжелый материал, чтобы они справлялись со своей задачей при сравнительно небольших размерах. Маховик — колесо с массивным ободом. С тех пор роль маховиков в технике существенно расширилась.  Во всяком  случае,  приведенное определение явно  неполное. Сегодня повышенный интерес к маховикам связан не только и не столько с их традиционным использованием для выравнивания нагрузки на валах поршневых двигателей, компрессоров, насосов и других машин, сколько с проблемой рекуперации механической энергии, то есть использования энергии, погашаемой при торможении машин. Суть проблемы состоит в следующем. Движущиеся поезда, автомобили, трамваи, троллейбусы, автобусы периодически (и довольно часто) нужно останавливать. Для этого, как известно, служат тормоза. Но при каждом торможении кинетическая энергия транспортного средства переходит в тепло, нагревая тормозные колодки, диски и безвозвратно рассеиваясь в окружающей среде. При современном энергетическом кризисе такое расточительство недопустимо. Как показывают подсчеты, примерно половина энергии, развиваемой двигателями, теряется при торможении.

Маховик — аккумулятор механической энергии

Вот маховики-то и могут помочь резко снижать эти потери. Маховик — аккумулятор механической энергии, то есть устройство, позволяющее накапливать механическую энергию, хранить ее и при необходимости опять выделять. Если массивный маховик заставить вращаться с большой скоростью, он может за счет своей инерции развить мощность, достаточную для того, чтобы привести в движение автобус или поезд. Это его свойство и навело на мысль: вместо того, чтобы тратить кинетическую энергию машины на нагрев тормозов, ее нужно расходовать на раскручивание маховика, установленного на машине. Маховик — аккумулятор механической энергии. При торможении маховик накапливает энергию, а когда возникнет необходимость снова тронуться с места, эта энергия будет передаваться с помощью специальных механизмов на ведущие колеса. Иными словами, разгон будет осуществлять энергия, накопленная при торможении. Это позволит на 30— 50 % сэкономить горючее, значительно уменьшить количество токсичных выхлопных газов, повысить проходимость. В наше время все это настолько важно, что имеет прямой смысл заняться разработкой транспортных средств, снабженных маховиками, которые играют роль дополнительных источников энергии. И во всем мире такими разработками усиленно занимаются. Основное требование, предъявляемое к маховику, вытекает из его назначения: он должен накапливать при вращении как можно больше энергии. Если маховик представить в виде тонкого кольца, величина этой энергии Е оценивается формулой:

Е=0,5 mV2,                                       (1)

где m— масса кольца, V — линейная скорость его вращения. Из этой формулы следует, что для увеличения энергоемкости маховик следует делать как можно тяжелее и вращать с максимально возможной скоростью.

Какой применить материал для маховика

Возникает вопрос, какой применить материал для маховика? Нужно взять материал с максимально высокой плотностью γ, чему соответствует вольфрам, плотность которого 19 300 кг/м3. Большую плотность имеют только осмий (γ=22 500 кг/м3), иридий (γ=22 400 кг/м3) и платина (γ=21 450 кг/м3), но это очень дорогие металлы. Рассмотрим вариант применения вольфрама. До какой скорости можно раскручивать маховик? Ясно, что не до бесконечно большой. Предельная скорость вращения ограничена прочностью материала. Известно, что при достижении определенной скорости вращения маховик может разорваться. Поскольку эти скорости составляют десятки и сотни метров в секунду, от такого разрушения ничего хорошего ждать не приходится. В лучшем случае дело кончится поломкой вала и ходовой части машины. Но при разрыве маховика разлетающиеся с огромной скоростью обломки могут разрушить близлежащие постройки и, что самое страшное, привести к человеческим жертвам. Так что допускать разрушения ни в коем случае нельзя.

Какие силы разрывают маховик

Знаете ли вы, какие силы разрывают маховик? Часто можно  услышать  ответ:   си

libtime.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *