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

Р е ш е н ия этого уравнения имеют вид:

при

4aic— b 2 > 0 :

а і - | - Ь о ) + С( о 2

2b

a ret?

2ccu + b

a i + b c o i + c w i 2

У

4 a , c - b 2

у 4а,с — b

. ,

2сюі-|-Ь

— arctg

У 4a,c—b2

при

4 a i c — b 2 < 0 :

C5 — CBi

1

ai-f-bco-f-oco2

2cT

ai+bcoj+ccoi2

( 2 с с о + Ь - У

b2 —4aic)

(,2ссог'+Ь+У

b2 —4at c)

b- - 4a,c

In

b 2 - 4 a , c )

( 2 с с о ; + Ь - У

b 2 - 4 a , c )

у

( 2 с с о + Ь + У

(38)

Обозначив

промежуток

времени

м е ж д у

положениями с

ветствующий

этому

интервал

угла поворота,— Дф,

а

У 4 а і С — b 2 = A

и У Ь 2 — 4 а ] С = А ь

определяем

из

формул

(32),

(33), (37) и (38) значение момента инерции

маховика I ,

соответственно:

I

=

A At

(39)

arctg 2 с ш т а х

•2| arctg 2 с ш т і г

+

b

I

=

A, At

(40)

( 2 c c o m t „ + b — A , ) ( 2 c c o m a a : + b + A i ) '

I n (2cco m i - „+b+A . i)

( 2 C ( 0 m a x + b — A i )

. 2 cAcs

а і - f

bcOm in+COJW i -n2

а і + Ь ( 0 , „ а к + С С 0 max

2сДс5

(41)

2b

arctg 2 со

+

b

arctg 2 с ш п

A

2 с Д ?

ai+bwm a .v+cco,n a .v2

^ 1

I

.

(42)

b .

(2c(0nifn + b - A , )

(2c tO7?7 ax+

b + A , ) . -

s '

A,

( 2 c ( o m f B + b + A i )

(2cco m o *+b — A,)

Ф о р м у л ы

(39), (40), (41) и

(42). предназначены

д л я рас­

угловая скорость меняется от атах до со'тіп. Д л я

расчетов при

холостом ходе в упомянутых формула х

необходимо поменять

МеСТаМИ Cumin U Ц>тах [67] .

Схема типичной машины ударного

действия

представле ­

на на рис. 26.

Рис.

26. Схема к расчету

маховика

для машины

ударно­

го действия: 1 — кривошип,

2 — шатун,

3 — ползун,

! — ос­

нование

(направляющая).

4 — крышка,

5 — малая

шестерня,

6 — большая

шестерня,

7 — выходной

стигалась

скорость

вращения маховика 12 000 об/мин.

З а т е м

зарядный

двигатель

отключался, включался генератор,

и к

Работы А. Г. Уфимцева по оозданию аккумулятора

энер­

гии д л я ветродвигателя приобрели народнохозяйственное

зна­

чение. Д л я демонстрации

действия

нового

аккумулятора на

практике была построена Курская ветроэлектрическая

стан­

ция, с у щ е с т в у ю щ а я и по

настоящее

время.

В создании

стан­

аэродинамике проф. В. П. Ветчинкнн,

который после

смерти

А. Г. У ф и м ц е в а

(1936 г.) продолжил

его работы по

ветропс-

пользованию .

*

§ 2. Торпеда

Хауэлла

В первом варианте торпеда Хауэлла

имела диаметр

35 см

и

вес

120

кг.

Взрывчатка

помещалась в носовой части тор­

педы и весила 20 кг. Вес маховика составлял 45 кг.

Маховик

разгонялся

до

скорости

10 000

об/мин,

накопляя

при

этом

около

40 000 кГм

энергии.

Торпеда

покрывала

расстояние

около

500

м со скоростью до 30

км/час.

В

следующем, более

усовершенствованном

варианте

торпеда

могла

развивать

скорость. 45 км/час,

проходя

путь

до

1 км.

Разгон

производился

внешним

(паровым)

двигате­

лем за 30 сек. Эта торпеда

(см. рис.

7)

имела

сигарообраз­

ную форму длиной 2,4 м

п была обшита медным листом.

Примерно в середине торпеды был помещен .стальной

махо­

вик

в

виде

обода

с диском,

диаметром около 31

см

и толщи-

угол наклона л о п а с т е й — о н

зависел от

скорости

вращения

маховика. Н а п р а в л е н и е движения торпеды

корректировалось

рулем, связанным с особым маятниковым

стабилизирующим

устройством, действие которого зависело от поворота

торпе­

ды,

вызываемого

прецессией

маховика.

В

результате

торпе­

да

приобретала

спиралеобразную траекторию с

постепенно

В 1888 г. по проекту Хауэлла

в Лондоне

стали

произво­

дить торпеды

в двух

модификациях — диаметром 36

и 46

см.

М е н ь ш а я

имела" вес

208 кг, включая 40 кг взрывчатки

и

52-

кплограммовый

маховик диаметром 35 см. Торпеда

развива ­

ла скорость

47

км/час на расстоянии

около

1 км.

Б о л ь ш а я

торпеда

при

общем

весе

460

кг

с о д е р ж а л а

маховик

диамет ­

ром около 45 см и весом 132 кг. Маховик разгонялся

паровой

турбиной

Д о у до 12 000

об/мин.

Эта торпеда

р а з в и в а л а

ско­

рость

60

км/час

на

расстоянии

около

800 м

и

52 км/час

на

расстоянии свыше 1

км.

II,«наконец, новый вариант торпеды Хауэлла

содержит

маховик

диаметром

45 см и весом 160

кг. При

21 000

об/мин

он накопляет энергию до 106 кГм.

Этого хватает, чтобы

прой­

ти около 1,5 км при

скорости

55

км/час.

Общим

недостатком

всех

маховичных

торпед

является

то, что при подготовке их к запуску на раскрутку

маховика

тратится

дополнительно . около

1 мин—для

боевой

обстанов­

ки это

много

[135].

§

3.

Маховичные

генераторы

При

работе

электрогенератора

с двигателем

внутрен­

двигателя . Д л я предотвращения

этого ротор генератора

снаб­

ж а ю т

маховиком, кинетическая

энергия

которого позволя­

ет преодолевать временные перегрузки.

Н а

рис. .29 представлен один

из таких

генераторов,

пред­

нератор

с двигателем 100

л. с. установлен на

самоходном шас­

си. На

валу генератора

помещен маховик

диаметром

около

J22 см

и весом 1 г. Форма маховика близка к диску

равной

нератора

на

40%-

Затем

гидромуфта

постепенно

заполняет ­

ся рабочей

жидкостью и

генератор приводится во

вращение .

З а п а с

скорости

позволяет

преодолеть

кратковременную

пе­

регрузку,

достигающую 12 ООО кет и

более чем в 10 раз

пре­

в ы ш а ю щ у ю мощность разгонного двигателя . Маховик

имеет

диаметр

около

2,5

м, толщину на периферии 25

см

и

вес

8,4 г.

Система

обеспечивает

в среднем, удельную

энергоем­

кость

1 квт-ч

на

1 т веса,

отнесенную

к напряжению

в

ма­

ховике 1000 кГ/см2.

Вентиляционные .потерн маховика

умень­

шены

путем

помещения

его

в

плотно

прилегающий

к о ж у х

[135].

§

4.

Прокатные

станы

Маховики

позволяют

т а к ж е

преодолевать

пиковые

при ЭТО.М м о ж е т быть соединен с лрокатньгм'п

валками как

жестко (в старых конструкциях), так и через

электропривод

имеет

диаметр

3,6

м,

толщину

на

периферии

около

30

см,

несит

28 г. При

750 об/мин

он

накопляет

энергию

12млн.кТлі.

Маховик

соединен

с

четырьмя

генераторами,

позволяющими

развивать

пиковую

нагрузку

10 000

л. с. каждый .

Ток

от

ге­

нераторов

подается

к

моторам,

в р а щ а ю щ и м

прокатные

144-дюймовые

валки.

Ц а п ф ы маховика

помещены

в

разъем ­

Рис. 31. Катапульта для запуска самолетов

с

авианосцев: / — двигатель, 2 — гидромуфта,

3

— автолог, 4 — маховик, 5 — гидромуфта высо­

установлен в массивных опорах, необходимых

д л я восприя­

тия гироскопических усилий от качки корабля .

Тяговый бара ­

муфту с регулируемым наполнением. М у ф т а позволяет

разви­

вать крутящий момент 3600 кГм

при

оборотах

барабана

от

0 до 2100

в 1 мин.

Возрастание

крутящего момента

до

полной

величины

происходит примерно

за

0,5

сек.

Маховик имеет форму, близкую к диску

равной

проч­

ности, с

толщиной

на периферии

9 см,

а близ

центра

15

см

и весит

3

т. Момент 'инерции маховика 135

кГ-я-сек2

позво­

ляет накопить около 3,2 млн. кГм

энергии

при

2100

об/мин.

Энергия,

сообщаемая самолету,

не

превышает 0,09

млн.

кГм,

тов .маховика не более чем до 1630 об/мин.

Разгонный

дви­

гатель восстанавливает эту энергию з а 2,5

мин, причем

за

это время трос наматывается на барабан,

и новый самолет

разгон самолета до 120 км/час

при ускорении 3,25

g.

Другой, более мощный тип катапульты содержит

махо­

вик

весом 12

т, разгоняемый

электродвигателем

мощностью

1200

л. с. Эта

катапульта позволяет производить

разгон

само-

лета

Л о к х и д

F-80 до 300 км/час

за 4,1

сек

при пути

пробега

всего

около

100 м или до 400

км/час

при

длине

пробега

приводом

[135].

§

6.

Инерционные экипажи

Первой попыткой

применения маховика

на

самодви­

ж у щ е м с я

э к и п а ж е был «маховоз»

инженера В. И.

Шуберско -

го, предложенный им в 1860 г. Однако принципиальные

кон­

структивные недостатки,

связанные в основном

с

низким

уровнем техники того времени, помешали реальному

осущест­

влению этого проекта.

Одной из ранних конструкции маховичного

транспорта

был

т а к ж е

э к и п а ж , построенный

Ф. В. Ланчестером

вместе

с его

братом в 1904 г. Принцип действия э к и п а ж а

Ланчесте -

ра примитивен и ясен из приводимой схемы

(см.

рис.

8) .

Энергия

маховика э к и п а ж а Ланчестера использовалась

толь ­

ко для разгона и преодоления подъемов.

Ланчестером ж е было впервые предложено

использовать

систему

двигатель — маховик — генератор

как

средство

тяги

на железной дороге. По этому ж е

принципу

построен

локомо­

тивный инерционный бустер. Такие бустеры применяются

д л я

временного

повышения '.мощности

элект'росекц'ий

в

/период

мер, локомотив с мощностью основного силового

агрегата

2500 л. с. оборудован

бустером

мощностью 1000 кет.

К а ж д ы й

из

двух

маховиков

бустера

имеет

диаметр

1 м

и

толщину

17

см. Н о м и н а л ь н а я

скорость

маховика

1750

об/мин.

Момент

инерции

роторов

24

т-м-сек2;

кинетическая

энергия —

420

000

кГм

(см. рис.

9)

[135]. -

Инерционный

бустер — яркий

пример применения

махо­

вика

в

качестве вспомогательного двигателя на транспорте.

§

7.

Инерционный

стартер

Инерционные

стартеры

были

очень

распространены

лет 30 назад и выпускались такими

ведущими фирмами, как

Бендикс

в

США,

Ротакс в Англии

и

др. Впоследствии,

когда