СТАЦИОНАРНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для накопления энергии в стационарных условиях, не подверженных внешним динамическим воздействиям.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство стационарного маховичного накопителя с горизонтальным маховиком, используемое для ветроэлектростанций (см. Н.В.Гулиа, Удивительная механика, М., ЭНАС, 2006, с.141). В этом устройстве маховик подвешен на шаровом шарнире и имеет возможность поворота вокруг этого шарнира. Поэтому из-за дисбаланса маховика его ось вращения получает угловое перемещение, вызывающее прецессию и дополнительные гироскопические нагрузки на детали подвески. Это является основным недостатком данного устройства, принятого за аналог.
В качестве прототипа выбрано устройство того же назначения, имеющее максимальное количество общих признаков с предложенным устройством и спроектированное одним из авторов данной заявки - Н.В. Гулиа (см. Н.В.Гулиа, Удивительная механика, М., ЭНАС, 2006, с.151). Накопитель здесь, как и в данной заявке, включает в себя горизонтальный маховик, изготовленный из заготовок вагонных колес, подвешенный на упругом подвесе, включающем опору вращения, в данном случае магнитную.
Недостатком этого устройства, принятого за прототип, является то же, что и в устройстве-аналоге - влияние гироскопического эффекта на полезные качества устройства, вызванного угловым перемещением оси вращения маховика.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является разработка устройства, ось вращения маховика которого не подвержена угловым перемещениям при вращении маховика из-за его дисбаланса.
Указанная задача решается тем, что предложен стационарный накопитель с горизонтальным маховиком, подвешенным в корпусе на одной цапфе в верхней опоре вращения, характеризующийся тем, что маховик закреплен соответствующей цапфой и в нижней опоре вращения, причем связи вращающихся цапф с неподвижной частью опоры и корпусом выполнены упругими, и параметры упругости упомянутых связей выбраны такими, чтобы при радиальном отклонении маховика изгибающие моменты, воздействующие на него со стороны корпуса через обе упругие связи, были бы равны друг другу по величине и противоположны по направлению, а само радиальное отклонение маховика происходило бы без угловых смещений его оси.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в отсутствии гироскопических нагрузок на маховик накопителя при радиальных перемещениях маховика из-за его дисбаланса.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схема стационарного накопителя энергии с подшипниками, закрепленными в корпусе на упругих втулках.
Фиг.2 - схема стационарного накопителя энергии, где жесткие опоры соединены с маховиком упругими податливыми связями (валом и осью).
Осуществление изобретения
Стационарный накопитель энергии может быть выполнен по схеме фиг.1. Он включает в себя горизонтальный маховик 1, закрепленный в корпусе 2 с помощью опор-подшипников 3 в упругих втулках 4. Вращение на маховик 1 подается через вал 5 и компенсирующую муфту, например, зубчатую 6.
Стационарный накопитель энергии, выполненный по схеме фиг.2, включает в себя горизонтальный маховик 1, закрепленный в корпусе 2 с помощью опор-подшипников 3, причем роль упругих податливых связей играют тонкие вал 4 и ось 5, которые, упруго изгибаясь, воспринимают изгибающие моменты со стороны корпуса 2 на маховик 1. Вращение маховик 1 получает, например, от электродвигателя 6 через гибкий вал 4.
Работа устройства заключается в следующем. При вращении маховика 1 его дисбаланс, который в той или иной степени присутствует всегда, стремится сместить маховик 1 в радиальном направлении. При этом не исключаются и угловые смещения оси вращения маховика 1, если изгибающие моменты на него снизу и сверху со стороны корпуса 2 при его радиальном смещении не равны друг другу по величине и противоположны по направлению. Эти угловые смещения оси вращения маховика 1 вызывают его прецессию и нежелательные гироскопические нагрузки на опоры. Только при соблюдении равенства и противоположной направленности изгибающих моментов, действующих со стороны корпуса на маховик, его радиальное перемещение будет без угловых смещений оси.
Сказанное обеспечивается соответствующими жесткостями упругих втулок 4 в верхней и нижней опорах по фиг.1 или различными изгибными жесткостями вала 4 и оси 5 по фиг.2. Например, в схеме по фиг.1 радиальные жесткости упругих втулок 4 выполняются обратно пропорциональными их расстоянию до плоскости, проходящей через центр масс маховика 1. А в схеме по фиг.2 при одинаковых диаметрах вала 4 и оси 5, длина вала 4, имеющего двухконсольное защемление, должна быть, согласно положениям сопротивления материалов, вдвое больше длины оси 5, имеющей одно консольное защемление.