проекти транспортних засобів з маховиками і гіроскопами
Маховик ЯК НАКОПИЧУВАЧ І ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЕНЕРГІЇ І.М.Кірко, Г.Є. Кирко (г. Пермь)
Маховик, одне з найдавніших винаходів людини, в даний час отримав новий розвиток завдяки параметрам сучасних матеріалів і можливостям застосування електромагнітного поля для дистанційної взаємодії з маховиком.
Застосовність маховиків для накопичення і перетворення енергії прийнято оцінювати наступними показниками:
e = W / m (м 2 / c 2)
- питома енергоємність - відношення накопиченої енергії Wмаховіка до його масі m; варіювати величину питомої енергоємності можна шляхом вибору матеріалу, зміною лінійної швидкості обертання маховика і вибором раціональної форми маховика;
ex = Wex / M (м 2 / c 2)
- питома ексергія, ставлення тієї частини енергії маховика Wex. яка може бути використана в даному технічному рішенні, до повної масі Гіроаккумулятор, включаючи всі конструкції, пов'язані з його роботою;
ev = Wex / V (кгћ м -1 с -2)
- об'ємна ексергія, тобто відношення ексергії до обсягу Гіроаккумулятор V;
n = Wex / W0
- ККД Гіроаккумулятор, тобто відношення ексергії до енергії, необхідної для "підзарядки" маховика, відновлення його енергетичного запасу. Визначається якістю і досконалістю конструкції пристроїв розгону і рекуперації маховика, явищами тертя і магнітних втрат в маховику;
P * = P / M (Джћ кг -1)
- питома потужність; для маховиків практично нічим не обмежена, може доходити до потужності удару. Обмежується лише короткочасної потужністю генераторних пристроїв
Важливим фактором для конструкторських рішень є також відносна вартість - вартість одного Джоуля ексергії, а також величина Psto - потужність, необхідна для підтримки Гіроаккумулятор на постійному рівні енергії без її корисного використання, наприклад, на стоянці.
Наведені параметри можуть ставитися також до методів накопичення та перетворення енергії на інших фізичних принципах. У таблиці 1 даний порівняльний перелік різних видів накопичення енергії. (Менша цифра означає бо 'льшие переваги).
Гіроаккумулятор отримають пріоритет в тих випадках, коли на об'єктах з незалежним джерелом харчування є великі коливання потужності споживача або потужності джерела енергії. Така вимога виконується на транспортних установках, в установках на космічних станціях, в установках електромагнітного і лазерної зброї. Гіроаккумулятор отримують пріоритет і в тих випадках, коли неприпустимо раптове відключення енергії або коли енергія системи має вибуховий характер.
Наш досвід розрахунку, проектування і випробувань енергетичних акумуляторів привів до необхідності дотримання деяких принципів, що дозволяють Гіроаккумулятор вийти на "передові рубежі" в таблиці пріоритетів (Таблиця 1):
Обмеження розмірів, в першу чергу, радіуса маховика, разом з умовами обмеження (завдання) частоти харчування і швидкості обертання змушують відмовитися від класичної експоненційної форми маховика і замінити його циліндричної формою із шаруватим розміщенням матеріалів (багатошарове намотування). В ідеалі можна було б значення питомої енергоємності підняти до значень
e = 0,5v 2 max = 0,5 (Ob / p).
де Ob - межа міцності матеріалу на розрив (Таблиця 2). Останній стовпець таблиці показує, до якої лінійної швидкості можна було б розкрутити в вакуумі тонке кільце з обраного матеріалу до його розриву відцентровими силами.
Так як генератор і двигун Гіроаккумулятор ніколи не будуть діяти одночасно, то вибирається такий їх тип, щоб генератор і двигун використовували одні й ті ж обмотки статорів.
Більшості конструкцій енергетичних маховиків задаються обмеження не тільки по масі, але і за лінійними розмірами. Простір близько обіду маховика має найбільшу "енергетичну цінність". Торцева електрична машина в цьому випадку буде найбільш краща з точки зору раціонального розміщення статора і ротора. Вона дозволяє всю установку Гіроаккумулятор перетворити в компактний циліндр, причому торцеві стінки вакуумної камери виконуються заодно з індукторами електричної машини. (Рис.1)
Рис.1 Гіроаккумулятор з торцевих розміщенням електричних машин:
1,2 - магнітопроводи,
3 - вісь, 4 - обмотка,
5 - масив маховика,
6 - корпус,
7 - заливка алюмінієм роторів на маховику.
Електросилова частина Гіроаккумулятор може бути виконана, наприклад, в таких випадках:
- двигун асинхронного типу, генератор - індукторного типу з підмагнічуванням від акумулятора електрохімічного типу малої потужності;
- двигун асинхронного типу від джерела живлення змінної частоти, генератор - асинхронний;
- двигун крокової типу, генератор -індукторний.
Гіроаккумулятор може знайти широке застосування в різного роду транспортних пристроях: автомобілях, автобусах (а особливо, в двоповерхових), гірокарах і т.д.
Розглянемо використання Гіроаккумулятор в гірокаре, залишивши докладний опис використання Гіроаккумулятор в автомобілі для статті в N 1 (3) журналу ФІЗИЧНІ ПРОБЛЕМИ ТЕХНОЛОГІЇ (Електронна версія).
ГІРОКАР
Пропонується заміна електрохімічного акумулятора електрокара болгарської фірми БАЛКАНКАР на Гіроаккумулятор. Перетворення електрокара в "гірокар". (Рис.2)
рис.2
Схема розміщення Гіроаккумулятор і зарядного пристрою
на електрокарі типу ЕП 006.2 виробництва БАЛКАНКАР (Болгарія)
1 -вантажні платформа, 2 - ходовий двигун, 3 - Гіроаккумулятор, 4 - індукторний генератор, 5 - статор розгінного торцевого двигуна, 6 - перетворювач частоти, 7 - підйомний механізм.
Статор торцевого двигуна, що розганяє маховик, розміщений на підйомному пристрої, встановленому на місці постійної стоянки гірокара. Нижче наведені конструкційні та розрахункові параметри гірокара (Рис. 1, 2)
Гірокар практично не може перекинутися під час обертання маховика.
Довжина пробігу при вантаж 3000 кг і швидкості 15 км / год становить 35,8 км.
Для генератора гірокара обрана схема индукторной машини з намагнічуванням від зовнішнього акумулятора легкового автомобіля ВАЗ-2105. Ланцюг намагнічування складається з комутатора напружень по східцях 6, 8, 12 Вольт, елементів для обмеження наведення змінного струму, ланцюги підживлення акумулятора в процесі розгону маховика. Генератор розраховується на діапазон ЕРС - 80/110 Вольт, тобто узгоджується з тяговим двигуном постійного струму електрокара, розглянутого типу.
Гіроаккумулятор може використовуватися як стабілізуючий засіб при русі транспортного пристрою (Рис.3)
Рис.3 Схема гіроскопічною стабілізації корпусу автомобіля Гіроаккумулятор.
1-корпус автомобіля (поперечний розріз), 2-напрямок обертання при аварійнойсітуаціі, 3-Гіроаккумулятор 4-напрямок його обертання, 5 - напрямок сили гіроскопічною реакції.
У тому випадку, якщо Гіроаккумулятор буде виконаний у вигляді двох синхронно обертаються в протилежні сторони маховиків з паралельними осями або на одній загальній осі, проблема впливу маховиків на рух транспортного засобу відпадає. Коливання, повороти і лінійні прискорення будуть впливати тільки на знос підшипників маховиків. При вертикальному розташуванні осей маховиків порушення синхронізму маховиків (передачі енергії від одного до іншого) може служити заміною рульового пристрою у кораблів малого та середнього водотоннажності. Ця ідея була висунута нами спільно з академіком Л.І.Седовим. При розрахунках такої системи виявилося, що втрати енергії для харчування цих маховиків в десятки разів менше, ніж середня енергія, що розсіюється на тертя в рульовому пристрої.
Сєдов Л.І. Кирко І.М. Рульове пристрій судна, А / с 1439929, 22.07.1988 рік
Генерація сторінки: 0.004 сек