Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Гулиа Н.В. Инерционные аккумуляторы энергии

.pdf

Скачиваний:

373

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

12.25 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2223 / 2423 24 > Следующая >>>

Т ак как зависимость г) (со) в общем случае трудно интег рируется, расчеты удобнее проводить по следующей прибли женной формуле:

(228)

К- п. д. инерционного аккумулятора тем выше, чем интен сивнее ведется отбор энергии на полезную работу. Д л я дли тельной работы при м а л ы х значениях полезной мощности ха рактерен невысокий к. п. д. инерционного а к к у м у л я т о р а . В этих случаях д л я получения высоких значений к. п. д. эффективно снижение аэродинамических потерь и потерь в подшипниках .

Это

ж е необходимо

д л я длительного

сохранения

з а п а с а

кине

тической

энергии в аккумуляторе .

П р и

кратковременном

цикле

работы и

больших

мощно

стях

снижение вредных

сопротивлений

не

о к а з ы в а е т

сущест

венного

влияния

на

к. п . д . инерционного

а к к у м у л я т о р а .

В качестве

примера

приведем определение

к. п. д.

инер

ционного

аккумулятора

п а р а м е т р о м

маховика,

аналогич

ным

Электрогпро . Потеря

мощности

при помещении

махови

ка в

воздушную

среду

данном

случае

составляет

около

25 л. с. Допустим, маховик выделяет йекоторую часть

энер

гии

(для

простоты

предполагается,

что изменение

скорости

незначительно и не влияет на потери мощности)

при

мощ

ности 1

л.

с ,

100

л.

с. и 1000 л .

с. К - п . д. инерционного

акку

м у л я т о р а

этих

трех

случаях

соответственно

равен:

Ї]І =

= 0,0385; ri2 = 0,8;

т ) 3 = 0 , 9 8 .

Путем

заполнения

к а м е р ы в р а щ е н и я

маховика

водоро

дом

удается

снизить потери мощности

до

5 л. с.

П р и

этом

к. п. д. д л я

упомянутых

случаев

равен:

rji=0,167 ;

T) 2 =0,943;

т]з=0,995 .

Следовательно,

заполнение

к а м е р ы в р а щ е н и я

раз

р е ж е н н ы м

водородом,

общем

сопряженное

большими

трудностями,

д а е т выигрыш к. п. д. в

первом случае

четыре

с лишним

раза,

во

втором — примерно на

17%,

в>

третьем

случае выигрыш

почти

не

ощутим .

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

С Р А В Н И Т Е Л Ь Н Ы Й А Н А Л И З И Н Е Р Ц И О Н Н Ы Х А К К У М У Л Я Т О Р О В Э Н Е Р Г И И

В настоящее время техника располагает значительным количеством типов аккумуляторов энергии, из которых наибо

лее	распространены электрические и	механические (статичес
кие	и динамические) . Кроме этих аккумуляторов энергии в
качестве накопителей энергии могут		использоваться различ
ные	тепловые аккумуляторы — нагретые тела, а т а к ж е веще

ства, в ы д е л я ю щ и е тепло при реакциях . Электрическую энер


гию можно т а к ж е			накоплять в электростатических					аккумуля
т о р а х — конденсаторах				и электродинамических — индукцион
ных катушках . Необходимо заметить,					что	последние			могут
накопить значительное				количество энергии		и	сохранять			ее
длительный срок в условиях сверхпроводимости.
Ввиду того что наибольший интерес						д л я	совремейной
техники		представляют		первые два вида аккумуляторов, они
и будут		рассмотрены в		сравнении с наиболее распространен
ными автономными источниками энергии — двигателями									внут
реннего		сгорания	( Д В С ) .
Выше была показана неприменимость пружинных стати
ческих		аккумуляторов		д л я накопления значительных					коли
честв	энергии. Следует			отметить, что	статические			аккумуля
торы	могут накопить большое количество					энергии		только		в

том

случае, если

рабочим телом

является'

газ,

т а к

как

он

о б л а д а е т м а л ы м модулем упругости и высокой

сжимаемостью .

Обычно пневматические а к к у м у л я т о р ы энергии представ

ляют собой баллоны со с ж а т ы м

газом (воздухом),

снабжен

ные

соответствующим

двигателем

(цилиндр

поршнем,

диа

ф р а г м а ,

турбина

и пр . ) . Н а и б о л ь ш а я

работа

может

быть

по

лучена от сжатого газа при его адиабатическом

расширении .

Удельная

энергоемкость сжатого

воздуха

(без

учета

веса

баллона)

равна

[ 7 1 ] :

..ккал

1 Г

„

1 П

кет-к

е = т г = ( i „ - l k

) — — = ' И 6 2 3 • Ю - 3 ( i n - i k )

кг

v , »

! K /

кг

v n

к ;

•229)

где

Е — а б с о л ю т н а я

энергетическая

отдача

воздуха

при

его

расширении; G — вес

воздуха;

i„

— энтальпия

воздуха

начале

и конце расширения .

На

рис. 102,

103

представлены сравнительные

д а н н ы е

по

	100	200		300 '		HDD		р^ата
О $	10 15	20	іі	ІО	35	НО	45	50	t,M
Рис.	102.	Удельная		энергоемкость				пневма
тических	аккумуляторов при				максимальном				рас
ширении:	/ — электрические				аккумуляторы,				2 —
пневмоаккумуляторы			(без	учета		веса	баллонов).

удельной энергоемкости д л я пневматических и электрохими ческих а к к у м у л я т о р о в (на рис. 1 0 2 — п р и м а к с и м а л ь н о м рас ширении, на рис. 103 — при стабилизированном рабочем дав -

Рис. 103. Удельная энергоемкость пневмати ческих аккумуляторов при стабилизированном ра

бочем	давлении:	/ — электрические		аккумулято
ры, 2	— пневмоаккумуляторы		(без	учета веса
баллонов); Р = 5 0		ата; 3-го	же,	Р = 1 0 ата.

л е н и и ) . По осям абсцисс отложены давление в баллоне пнев

матического

аккумулятора и продолжительность

р а з р я д к и

д л я электрохимического. Вес баллонов

не учтен.

К а к можно

видеть,

электрохимические

а к к у м у л я т о р ы об

л а д а ю т преимуществами

перед

пневматическими

отношении

удельной энергоемкости. П о м и м о этого низкий

к. п. д. пневмо-

компрессоров

пневмодвигателей,

а т а к ж е

потери

адиабати

ческого тепла

(около

40%

энергии)

д е л а ю т

пневматические

а к к у м у л я т о р ы весьма неэкономичными.

'Применяются и н е в м о а к к у м у л я т о р ы

ч а щ е

всего

д л я стар

товых

устройств на объектах, где необходима

высокая н а д е ж

ность

(самолеты,

танки

д р . ) ,

а т а к ж е ' н а

•взрыво'безотасном

транспорте

(воздуховозы) .

Р а с с м о т р и м

сравнительную

эффективность

инерционных

и электрохимических

аккумуляторов,

а т а к ж е

двигателей

внутреннего

сгорания.

качестве

критерия

эффективности

принята у д е л ь н а я мощность (мощность, отнесенная к массе установки) . Это обосновано тем, что н а ч а л ь н а я стоимость и

стоимость эксплуатации инерционных аккумуляторов значи

тельно	ниже	соответствующих показателей	у	установок	с
Д В С и	аккумуляторных установок равной		мощности. М а с с а
ж е является		нередко р е ш а ю щ и м фактором	при	выборе	той

или иной энергетической установки. Вследствие этого эффек тивность инерционных аккумуляторов по удельной мощности м о ж е т в большинстве случаев быть показателем их абсолют ной эффективности .


В	качестве сравниваемых			взяты	как	самостоятельные
энергетические			установки — к а р б ю р а т о р н ы е			и	дизельные
Д В С ,	так и	аккумуляторные		установки	с э л е к т р о д в и г а т е л я м и
постоянного		тока	(предполагается использование				энергии в
виде	механической), а т а к ж е			некоторые другие виды энерге

тических источников. С целью упрощения введено допущение, согласно которому в качестве расчетных масс установок при

няты, следующие	значения:
д л я установок с Д В С — сухая масса двигателя без
коробки передач,	сцепления, радиаторов, баков с горючим,

аккумуляторных батарей, пусковых двигателей и других вспо

могательных	устройств;
д л я электрохимических аккумуляторных установок —
масса аккумуляторов и электродвигателя;
д л я	инерционного	а к к у м у л я т о р а — м а с с а	маховика .
Это допущение обосновано		тем, что: а) в качестве	привода
к исполнительному органу		могут быть использованы	идентич

ные трансмиссии с близкими друг другу массами; б) все три

установки	с о д е р ж а т вспомогательные детали,	с л у ж а щ	и е д л я
крепежа,	защиты, о х л а ж д е н и я и других целей,	точные	массы

которвіх могут быть определены при анализе конкретной кон

струкции,	поэтому	эти массы у всех установок принимаются
приближенно равными .
Ввиду	того что	к. п. д. трансмиссий всех р а с с м а т р и в а е м ы х

установок м о ж е т быть принят равным и внутренние потери

мощности как	в	инерционных, т а к и	в электрохимических
а к к у м у л я т о р а х	за	время цикла весьма	невелики по сравне

нию с рабочей мощностью, эти факторы при анализе не учи тывались .

Р е з у л ь т а т ы ориентировочной оценки энергоемкости совре

менных	энергетических установок — электрических	аккумуля
торов,	маховиков, пневмоаккумуляторов, двигателей	внутрен
него сгорания и топливных элементов приведены на		рис. 104.

15 20

ЗО

</0 45

ІМі,

Рис.

104..

Сравнительные

весовые

данные

различных

энергетических

установок

мощностью

л. с: / — маховик

фирмы Кларк,

2 —1

кислот

ный

аккумулятор,

3 — щелочной

аккумулятор,

4—ленточный

маховик,

5 — серебряно-цинковый

аккумулятор

двигателем,

газовые

аккумулято

ры,

6 — проволочный

маховик,

7 — маховик

из

ориентированного

стеклопластика, 5 — дизель

топливом,

9 — топливные

элементы,

10—маховик

из

кварцевой

нити

а в =

600

кГ/мм2.

С л е д у ет отметить, что при использовании энергии в виде ме


ханической н а р я д у с весом электрических								и п н е в м о а к к у м у л я -
торов	следует	учитывать вес			соответствующих				электро -		и
пневмодвигателей. Н а г р а ф и к е					приведены			сравнительные			ве
совые	данные	энергетических			установок			мощностью		60	л. с.
д л я различной продолжительности работы .
Из приведенного видно,				что		у ж е созданные, а тем				более
перспективные		конструкции		вполне			могут	конкурировать			с
лучшими электрохимическими					а к к у м у л я т о р а м и с двигателем .
Аналогичный вывод можно сделать							исходя	из сравнительного
а н а л и з а аккумуляторов			энергии,			проведенного			д-ром Д .		В.
Рабенхорстом		( С Ш А ) .	Д и а г р а м м а				удельной		энергоемкости

р а з л и ч н ых аккумуляторов			"(причем здесь	д а ж е не учитывает
ся	вес	электродвигателя!),	составленная	на	основе данных
Д .	В.	Рабенхорста (рис.	105), убедительно		свидетельствует
		1 /

то

125 150. 175 10

Рис. 105. Сравнительные данные удельной энергоемкости аккумуляторов энергии (по Д. В. Рабенхорсту): 1 — стальной обод, 2— кислотный аккумулятор, 3 — супермаховик из существую щих материалов, 4 — цинк-воздушный аккумуля тор, 5 — натриево-воздушный аккумулятор, 6 — перспективный супермаховик.

о перспективности инерционных аккумуляторов — супермахо виков.

Эффективность инерционных а к к у м у л я т о р о в на транспор те повышает их способность рекуперировать кинетическую энергию при т о р м о ж е н и и с внутренними потерями не более

5—10%, что	достигается путем	применения описанных	в
гл. I V систем.	Известно, что д л я	некоторых видов транспорта

кинетическая энергия составляет значительную часть энерге тического б а л а н с а . Системы ж е с электрическими аккумулято р а м и практически не о'беапечивают рекуперации этой энергии

(за исключением случаев д в и ж е н и я		на	з а т я ж н ы х спусках) .
Следовательно, энергоемкость	систем	с	механическими акку
м у л я т о р а м и нужно увеличить	на поправочный коэффициент,

15*

227

п р и м е р н о равный д л я т р а м в а е в и аналогичных рельсовых машин 4; других городских автомобилей — 1,25—1,5. С уче


том	этого энергетические				показатели		д а ж е	ленточного махо
вика	соизмеримы		с п о к а з а т е л я м и перспективных электроакку
муляторов .
	В литературе		по	э л е к т р о м о б и л я м			[101]	отмечается, что
сравнительно		длительный			срок	з а р я д к и э л е к т р о а к к у м у л я т о
ров, по-видимому,			будет сохранен и в				будущем . Инерционные
а к к у м у л я т о р ы		в	этом	смысле		имеют	существенное преиму

щество, т а к к а к срок их з а р я д к и (раскрутки м а х о в и к а ) не лимитирован . Кроме . того, электромобиль нельзя считать без


вредным в отношении			газовыделення,	и в будущем		это	может
вызвать	возникновение		своих проблем	[101].
Н а	основании изложенного .можно			сделать	вывод, что			д л я
современного		аккумуляторного автомобиля с			цикличным			ре
ж и м о м	.работы, с 'возможностью п о д з а р я д к и				примерно		через
расстояние до		100 км	целесообразно	применение		инерцион

ной аккумулирующей системы; при большой дальности про

бега	можно будет	применять основную электрическую систе
му,	или Д В С , а д л я повышения динамичности автомобиля и
рекуперирования		энергии т о р м о ж е н и я — дополнительную
инерционную.

К а к отмечено в [101], вопрос создания .и внедрения элект ромобиля может быть снят с повестки дня при появлении но вого, до настоящего времени неизвестного, источника энергии, не выделяющего вредных газов и имеющего приемлемые тех нико-экономические показатели . Анализ показывает, что по крайней мере на городском общественном транспорте буду щего инерционная а к к у м у л и р у ю щ а я система может стать этим источником энергии.

А н д р е е в с к а я

Г. Д.

Высокопрочные

ориентированные

стекло

пластики. М.,

1966.

А н т о в и л ь А.

М.' Об

учете потерь на

трение

при

приведении

масс

сил. «Тр. семинара по ТММ. Гос. институт машиноведения», т. 12,

пып.

47.

М.,

1952.

3. А р т о б о л е в с к и й

И. И. Теория механизмов. М.,

1965.

А р т о б о л е в с к и й

И. И. Об определении маховых

масс

в ма

шинах.

ДАН

СССР,

т. XVII,

№

1944, стр. 198.

Б а г и р о в

Д. Д.

Влияние

приведенного

момента

инерции

земле

ройных транспортных машин на производительность. «Строительные и

дорожные .машины, ЦИНТИ МАШ», № 2. М.,					1961.
6.	Б а го цк и й	В. С. и	Ф л е р о в	В. Н. Новейшие		достижения в
области	химических источников		тока. М.,	1968.
7.	Б е с с о н о в	А. П. Некоторые задачи			динамики	роторов с пере

менной массой. «Динамика машин (сб. статей под ред. С. Н. Кожевнико

ва)»,	М.,		1966.
	8.	Б е с с о н о в		А.	П. Основы динамики			механизмов с		переменной
массой		звеньев. М..		1967.
	9.	Б е с ч, и н е к и й			А. А., В о л ь ф	б е р г	Д.	В. Мировые		энергетичес
кие ресурсы и их использование на благо человека.									«Изв.	АН	СССР.
Энергетика и транспорт», 1968, № 8.
	10.	В о л к о в Д. П. Исследование				муфты-маховика для привода одно
моторных			экскаваторов.		«Строительное	и	дорожное		машиностроение»,
1956,	№	5.
	П.	Г а л о н е й		Ю. М. Городской		пассажирский			транспорт. М., 1961.
	12.	Г в е л е с и а н и			Л. Л. Оптимальный		режим торможения				экипажа
с рекуперативным тормозом. «Сообщ. АН Груз. ССР», т. XLVI, № 1. Тби
лиси,	1967.


13.	Г у л и а Н. В. О путях		повышения		энергоемкости маховиков,
«Механика машин», Тбилиси, 1970.
14.	К у д р и н	В. Н., М е д в е д е в		Ю. А.,	Г у л и а Н. В. О гироско
пических	нагрузках	на упругие опоры		маховика		гмроавтомобнля,	деп.
НПНЫавтопром. № Д720029. М„ 1972.
15.	А т о я н К. М., Г у л и а		Н. В. Перспективы			использования	новых

механических силовых агрегатов для автобусов, «Автомобильная промыш ленность», 1972, № 7.

16. Г у л и а

И. В. Рекуперативный

тормоз,

авт. свид. №

180029, БИ,

1966, № 6.

17. Г у л и а

Н. В.,

Р а б и н о в и ч

В. П. Энергоемкий

аккумулятор

механической

энергии. «Вестник машиностроения»,

1970, № 3.

18.

Г у л п а

Н. В. Подвеска горизонтального

маховика

инерционно

го аккумулятора,

авт. свид. № 174909, БИ, 1965, № 11.

19. Г у л и а

Н. В. Маховик, авт. свид. № 200359,

БИ, 1967, №

16.

20. Г у л и а

Н. В. Дрель, авт. свид. 207648, БИ, 1967, № 2.

21. Г у л и а

Н. В.', Н е д о р е з о в

И. А., Ф е д о р о в

Д. И., Я р к и й

А. А., С т у д е н е ц к и й

А. Н. Скрепер, авт. ^вид. №

6, 171810, БИ, 1965,

№ 11.

22. Г у л и а

Н. В. Инерционный

толкатель

к скреперу,

ГОСИНТИ,

М.,

1965.

23. Г у л и а

Н. В. Центробежный

аккумулятор, авт. свид. № 229152,

Б11,

1968, № 32.

24. Г у л и а

Н. В. Упругая муфта, авт. свид. №

236147,

БИ,

1969,

№ 6.

25. Г у л и а

Н. В. К расчету маховиков для механических

аккумуля

торов. «Вестник

машиностроения». 1965, № 1.

26. Г у л и а

Н. В., Ф е д о ' р о в Д. И., Н е д о р е з о в

И. А. Испыта

ния

скрепера

дополнительным инерционным двигателем-аккумулятором.

«Строительные

и дорожные машины», ЦІ1НТИАМ, №

1. М., 1965.

27. Г у л и а

Н. В., Г в е л е с и а н и

Л. Л. О повышении

к. п. д. инер

ционного

аккумулятора. «Вестник машиностроения»,

1966, № 12.

28. Г у л и а

Н. В. Механический

привод для инерционного

аккумуля

тора, «Машиностроитель*,

1966, № 10.

29. Г у л и а

Н. В. Исследование скрепера с дополнительным

двига

телем-аккумулятором. «Тр. ЦНИИС»,

№ 19,| 1966.

30. Г у л и а

Н. В. Исследование

скрепера

с инерционным

аккумуля

тором-двигателем. Канд. дисс. М., 1965.

31. Г у л и а

И. В. Определение основных характеристик

дискретного

ленточного вариатора. «Механика машин», Тбилиси, 1967.

32. Г у л и а

Н. В. Исследование дискретного механического вариато

ра. «Машиноведение», АН СССР, 1967, № 1.

33. Г у л и а

Н. В. Эффективность

инерционных двигателей-аккумуля

торов. «Вестник

машиностроения», 1967, № 8.

34. Г у л и а

И. В. Маховик переменного момента

инерции, авт. свид.

№ 239720, БИ, 1969, № 11.

35. Г у л и а

Н. В. Механический

рекуперативный

тормоз,

авт. евнд.

255724, БИ, 1969, № 33.

36. Г у л и а

Н. В. Рекуперативный

тормоз,

авт. свид. №

171607, БИ,

1965,

№

11.

•.

37.

Г у л и а Н. В. Рекуперативный

тормоз,

авт. свид. №

193874, БИ,

1967, № 7.

230

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2223 / 2423 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ