МАХОВИК ПЕРЕМЕННОГО МОМЕНТА ИНЕРЦИИ
FLYWHEEL OF ALTERNATE MOMENT OF INERTIA

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве регулируемого буферного накопителя энергии, например, для автономных энергоустановок, источников бесперебойного питания, ветровых и солнечных электростанций, энергосистем, имеющих импульсный характер работы.
Известен «Маховик с легким пуском» (RU 2327910, МПК F16F 15/31, 2006), имеющий полый обод, заполненный жидкостью-наполнителем, составляющей основную часть массы маховика, соединенный с центральной втулкой при помощи спиц, отличающийся тем, что имеет во внутреннем объеме наклонно расположенные перегородки с отверстиями, у основания которых посредством шарниров закреплены клапаны.
Известен «Маховик переменного момента инерции» (RU 2147700, МПК F16F 15/30, 2000), содержащий полую камеру в виде усеченного конуса, заполненную намагничивающимся рабочим телом, и закрепленный на меньшем основании конуса постоянный магнит.
Недостатками известных устройств являются управление моментом инерции маховика только посредством изменения скорости его вращения, путем торможения или разгона маховика, а также низкая точность регулирования момента инерции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является "Маховик переменного момента инерции" (RU 2265761, МПК F16F 15/31, 2004), содержащий полую камеру в виде усеченного конуса, заполненную рабочим телом. В устройство дополнительно введены первый и второй управляющие электромагниты переменного тока, блок управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими электромагнитами переменного тока, и датчик положения рабочего тела, выход которого соединен обратной связью с блоком управления. Внутренняя поверхность полой камеры выполнена в виде системы чередующихся соосных усеченных конусов, попеременно направленных вершинами в сторону меньшего или большего основания камеры. Первый конус у меньшего основания камеры направлен вершиной к большему основанию, а первый конус у большего основания - к меньшему. По направлению от меньшего основания к большему диаметры конусов увеличиваются, а высота уменьшается.
Недостатками устройства-прототипа являются сложность конструкции, значительные затраты энергии на управление электромагнитами, невозможность использования в горизонтальном исполнении.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение точности регулирования момента инерции, снижение затрат энергии на управление, а также возможность использования устройства как в горизонтальном, так и в вертикальном исполнении.
Техническим результатом изобретения является легкий пуск и плавное регулирование момента инерции маховика.
Решение технической задачи достигается тем, что, в устройстве, содержащем полый диск, заполненный ферромагнитной жидкостью и жестко закрепленный на валу, особенность заключается в том, что диск имеет прямоугольное сечение и выполнен из магнитомягкого материала, в его конструкцию введена кольцевая немагнитная вставка, расположенная на внутреннем радиусе центрального отверстия диска, а вал маховика изготовлен из немагнитного материала и имеет внутреннюю полость, в которую на шлицах установлен постоянный магнит с возможностью осевого перемещения посредством винтовой передачи.
Получение технического результата достигается взаимодействием ферромагнитной жидкости с магнитным полем постоянного магнита, которое изменяет ее вязкость, силу трения между слоями и силу сцепления между жидкостью и диском [Магнитные жидкости, Такетоми С., Тикадзуми С., Пер. с японск. - М.: Мир, 1993. ISBN 5-03-001971-5, стр.244-248.], в отличие от прототипа, где регулирование момента инерции происходит за счет перемещения жидкости.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено осевое сечение предлагаемого маховика переменного момента инерции.
Устройство содержит полый диск 2, заполненный ферромагнитной жидкостью 3 с немагнитной вставкой 5, расположенной на внутреннем радиусе диска. Немагнитная вставка введена в конструкцию диска, изготовленного из магнитомягкого материала, в целях исключения магнитного экранирования ферромагнитной жидкости. Диск маховика жестко закреплен на полом валу 1 из немагнитного материала. Внутри вала имеются шлицы, по которым перемещается постоянный магнит 4, увеличивая или уменьшая величину магнитного потока, воздействующего на частицы ферромагнитной жидкости, изменяя, таким образом, ее вязкость и силу сцепления между ферромагнитной жидкостью и диском. Перемещение постоянного магнита может осуществляться с помощью винтовой передачи 6 [Проектирование механических передач. Учебное пособие для немашиностроительных вузов. Изд. 4-е, перераб., Чернавский С.А., Ицкович Г.М., Киселев В.А. М.: Машиностроение 1976, стр.137-138].
Устройство работает следующим образом.
При пуске устройства постоянный магнит 4 максимально удален от оси, проходящей через центр полого диска маховика, таким образом, что магнитное поле оказывает незначительное воздействие на частицы ферромагнитной жидкости 3. Вязкость ферромагнитной жидкости мала, слои жидкости свободно проскальзывают относительно друг друга, благодаря инерции покоя жидкость стремится «отстать» от полого диска 2, обеспечивая тем самым легкую раскрутку маховика в начальный момент времени. Момент инерции устройства при этом минимален. По мере раскручивания маховика постоянный магнит 4, перемещаясь по шлицам полого вала 1 с помощью винтовой передачи 6, приближается к центру полого диска маховика, увеличивая тем самым величину магнитного потока, воздействующего на ферромагнитную жидкость. Сцепление между слоями ферромагнитной жидкости увеличивается, при этом проскальзывание их относительно друг друга уменьшается. Все больше частиц жидкости, сцепляясь между собой, вовлекается во вращение. Одновременно частицы жидкости притягиваются и к стенкам диска, так как он состоит из магнитомягкого материала и под действием магнитного поля постоянного магнита сам приобретает магнитные свойства. Скорость вращения ферромагнитной жидкости 3 стремится сравняться со скоростью полого диска 2, что ведет к увеличению момента инерции маховика. После раскрутки маховика постоянный магнит 4 вводится максимально возможно в центральную область полого диска 2. Под действием максимального магнитного потока постоянного магнита сила сцепления между слоями ферромагнитной жидкости достигает максимального значения, ферромагнитная жидкость, приобретая свойства монолитного вещества, становясь как бы «единым целым» с диском. Скорости вращения ферромагнитной жидкости и полого диска маховика сравняются, увеличив до максимума момент инерции маховика.
Таким образом, обеспечиваются легкий пуск и плавное регулирование момента инерции в зависимости от величины введения постоянного магнита в центр полого диска маховика, что положительным образом сказывается на режимах работы энергоустановок, на которых он установлен.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы, широко распространенные в технологии машиностроения.