ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Снижение потерь энергии из "Инерция " Вращаясь, маховик приводит в движение и окружающие слои воздуха, на что, естественно, уходит энергия. Потери, или сопротивления, возникающие при этом, называются аэродинамическими, или вентпляционньши. Кроме вентиляционных, есть потери энергии и в опорах — подшипниках, зависящие от типа опор. Если это подшипники качения, то энергия уходит на перекатывание шариков или роликов, если подшипники скольжения — на сухое или жидкостное трение, если магнитные — то на вихревые токи и гистерезис, и т. д. Есть еще ряд потерь энергии на вихревые токи при вращении в поле земного магнетизма, на демпфирование при вибрациях, на звук, который обычно сопровождает вращение маховика. Однако все эти потери пренебрежимо малы по сравнению с двумя основными — вентиляционными и в опорах. [c.93] Мощность потерь в инерционных аккумуляторах зависит от плотности окружающей среды. Зазор между маховиком и кожухом для обеспечения минимальных потерь должен составлять от 1 до 3 % диаметра маховика. При большем зазоре в движение вовлекается много газа и растут потери, а при очень малых зазорах пограничные слои газа начинают влиять один на другой. Наличие ко-жуха уменьшает потери мощности на 20%. В водородной среде потери снижаются почти в 10 раз, а в гелиевой — Б 7 раз по сравнению с воздушной. Даже температура окружающей среды влияет на потери энергии, например при —60° С по сравнению с обычной комнатной температурой (20° С) они увеличиваются на 17%, а при темперач туре кипения воды (100° С) уменьшаются на 11%. [c.93] Стало быть, если уменьшить окружную скорость вдвое, потери упадут сразу в 2 , т. е. в 8 раз. Если между маховиком II кожухом поставить дополнительный легкий кон ух, вращающийся с половинной скоростью маховика, относительная скорость упадет вдвое, а потери (с учетом того, что трущихся о воздух поверхностей будет уже две) должны уменьшиться в 4 раза. Это уже немало. Правда, наличие вращающегося кожуха несколько увеличивает потери в подшипниках и создает ряд других потерь, но в общем потери уменьшаются более чем в 2 раза. И при этом не нужно никакого привода для вращения этого кожуха — он вращается сам, увлекаемый потоком воздуха, и именно со скоростью, равной половине скорости маховика. [c.94] Однако наиболее радикальным и перспективным решением вопроса о снижении вентиляционных потерь является вакуумирование или значительное снижение давления р камере вращения. Для этого камера должна быть герметичной п из нее надо вывести вращение — в этом заключается основная трудность. Создано несколько способов вывода мощности из герметичной камеры маховичного аккумулятора. [c.94] ПОЗВОЛЯЮТ развивать больших мощностей, необходимых, например, для экстренной подзарядки (раскрутки) маховика. [c.95] Иногда вал выводится из камеры вращения через обычные уплотнения, а воздух, который постоянно подсасывается в вакуумную камеру, непрерывно удаляется насосом. На этом принципе основана, например, герметизация камеры вращения маховика приводов систем Гиректа и Гидректа, созданных английским конструктором инерционных аккумуляторов Р. С. Кларком. В этой системе воздух из камеры вращения удаляется насосом, питающимся от самого маховика. Выбег (холостой ход после разгона) такого маховика достигает нескольких дней. Но необходимость постоянно откачивать воздух, уход за вакуум-насосом усложняют систему. [c.95] Удобнее откачивать воздух только во время работы инерционного аккумулятора, а во время длительных выбегов герметизировать камеру вращения маховика. Это повышает экономичность откачки и сильно уменьшает потери при выбеге. [c.95] Одна из конструкций, работающих по этому принципу, представлена на рис. 15. [c.95] При зарядке маховика или отдаче им энергии полу-муфта 4 прижата к полумуфте 3 и выходной вал соединен с маховиком. При этом вал герметизирован только манжетным уплотнением 5, через которое, хоть и в небольшом количестве, воздух все-таки просачивается. В это время уплотнительное кольцо 7 приподнято вместе с валом и не касается стакана 8. Во время же выбега маховика вал вместе с полумуфтой 4 перемещается вниз, маховик отсоединяется от вала, а кольцо 7 прижимается к стакану 8, герметизируя корпус. Включение и выключение сцепле-иия может производиться, например, педалью. [c.96] Так как выбег обычно длится гораздо дольше, чем работа или зарядка инерционного аккумулятора, снижение потерь при выбеге очень важно. Если отбор мош,ности осуществляется гидро- или электросистемой либо каким-нибудь из низкомоментных устройств вывода мощности (описанных ниже), то зарядку инерционного аккумулятора удобно производить приводом весьма высокой мощности (например, крупным электродвигателем) за очень корот-] ое время. В этом случае описанная конструкция очень удобна, так как позволяет раскручивать маховик непосредственно за вал и откачивать воздух одновременно с зарядкой. [c.96] Перспективны также магнитные уплотнения, состоящие из магнитной жидкости, находящейся в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами вокруг вала. Магнитная жидкость — это коллоидньш раствор феррита в жидкости. Размеры частиц феррита должны быть очень малы, иначе жидкость будет нестойкой. Но и эти уплотнения не лишены недостатков максимальное давление невелико, особенно прп высоких угловых скоростях растворитель испаряется в вакууме, отчего жидкость мон ет загустеть прп высоких угловых скоростях и большом диаметре вала (это необходимо, например, для передачи больших мощностей) велики потери в уплотнении, что может вызвать нагрев и выход из строя уплотнения. [c.96] Наиболее высокий вакуум позволяет держать уплотняющие системы с гибкими звеньями. Их мон но разбить на два основных типа — сильфонные и волновые. [c.96] И ЭТО СВОЙСТВО используется для герметизации при передаче вращения в вакуум. Проще всего передать из вакуума при помощи сильфона возвратно-поступательное движение. Для этого вращательное движение надо преобразовать в возвратно-поступательное (например, кривошипно-шатунным механизмом), а затем передать с помощью сильфона из вакуума. После этого его можно снова преобразовать во вращательное или использовать как возвратно-поступательное. [c.97] Вращательное движение можно передать через герметичную стенку и с помощью поводковой муфты (рис. 16). На основе поводковых муфт создано много разнообразных систем передачи вращения. Их достоинством является возможность поддержания в камере вращения высокого вакуума и надежность его сохранения, недостаток же заключается в невысоком передаваемом вращающем моменте и угловой скорости, т. е. в малой мощности передачи. [c.97] Известен способ передачи вращения через герметичную стенку с помощью магнитных муфт. Стенка, через которую передается вращение магнитной муфтой, должна быть немагнитной, чтобы через нее проникало магнитное поле, в не должна проводить ток — иначе будут большие потери энергии на вихревые токи. Магнитные муфты хорошо передают большие угловые скорости. [c.98] Потери энергии в опорах хотя относительно невелики при вращении маховика в воздушной атмосфере, но с уменьшением вентиляционных потерь становятся основными, а при достаточно высоком вакууме в камере вращения являются практически единственными потерями. [c.98] Не очень тян елые маховики можно подвешивать в электростатическом поле. В одпой из конструкций такого подвеса маховик, изготовленный в виде полого бериллие-вого шара, помещен в сферическую камеру из специальной керамики. На внутренней поверхности камеры расположены три пары чашеобразных электродов. Благодаря очень малому зазору между маховиком и внутренней стенкой камеры (сотые доли миллиметра) электростатическое поле подвешивает маховик, который вращается без соприкосновения с твердой поверхностью. Будучи разогнанным до 24 тыс. оборотов в минуту, маховик в электростатическом подвесе с вакуумной камерой вращения может вращаться месяцами без существенного уменьшения скорости. [c.99] Интересно также криогенное подвешивание маховиков. Принцип такого подвеса основан на использовании явления сверхпроводимости некоторых материалов при весьма низких температурах. Если тело из сверхпроводящего материала поместить в магнитное поле при низкой температуре, на его поверхности возникнут токи, препятствующие проникновению магнитного поля внутрь тепа. Тело повиснет в магнитном поле, не требуя для своей поддержки механической опоры. Маховик в этом случае изготовляется из титана, покрытого тонким слоем ниобия. В корпусе, где он вращается, поддерживается глубокий вакуум и температура—269°. Магнитное поле создается током, протекающим по трем парам сверхпроводянтих обмоток. [c.99] Вернуться к основной статье