МАХОВИЧНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в энергетике.
Уровень техники
Известна конструкция маковичного накопителя энергии, включающая маховик, зафиксированный в корпусе на подшипниках с выводом валов по обе стороны корпуса (см. книгу Н.В.Гулиа «Маховичные двигатели», М., Машиностроение, 1976, стр.93, рис 60, где изображен маховик гировоза в корпусе). Данная конструкция принята за прототип.
Конструкция прототипа имеет недостаток, заключающийся в том, что в ней не может быть использован маховик с достаточно крупным отверстием в центре, например, изготовленный из железнодорожного колеса. Такой маховик достаточно дешев благодаря массовости производства этих изделий и, кроме того, прочен и надежен благодаря особенностям изготовления и контроля - колеса производятся цельнокатаными и проходят дефектоскопирование. Кроме того, коническая форма диска такого маховика позволяет избежать разрыва обода благодаря его осевому перемещению. Далее, в конструкции прототипа невозможно применить большое количество подшипников, чтобы повысить их надежность и долговечность, а также получить независимость углового и осевого перемещения вала от зафиксированного положения маховика и корпуса.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является создание маховичного накопителя энергии с выводом валов по обе стороны корпуса, использующего в качестве маховика прочное и надежное цельнокатаное железнодорожное колесо, имеющее диск конической формы, позволяющий избежать разрыва обода маховика благодаря его осевому перемещению при вращении и самоторможению при недозволенной частоте вращения.
Указанная задача решается тем, что предложен маховичный накопитель энергии, включающий маховик, зафиксированный в корпусе на подшипниках с выводом валов по обе стороны корпуса, характеризующийся тем, что подшипники расположены между внутренней цилиндрической поверхностью отверстия в центре маховика и внешней цилиндрической поверхностью двух трубчатых деталей корпуса, введенных с зазором между их торцами с двух сторон в отверстие маховика, а вывод вращения от маховика выполнен через кинематическую связь середины внутренней поверхности отверстия в центре маховика с валом, проходящим с зазором внутри трубчатых частей корпуса и выходящими по обе стороны торцов корпуса маховика.
Следующим отличием предложенного устройства является то, что кинематическая связь вала с серединой внутренней поверхности отверстия в центре маховика выполнена с возможностью некоторого углового и осевого перемещения вала относительно маховика.
Еще одним отличием предложенного устройства является то, что кинематическая связь вала с серединой внутренней поверхности отверстия в центре маховика выполнена в виде зубчатой муфты.
Еще одним отличием предложенного устройства является то, что маховик выполнен в виде нескольких ободов, соединенных со ступицами коническими дисками, причем, ступицы зафиксированы на общей втулке, а со стороны торца крайнего обода маховика, смещенного к центру благодаря коническому диску, на корпусе установлены электроизолированные контактные поверхности, с которыми соприкасается торец обода при выпрямлении конических дисков при вращении маховика с недозволенно большой частотой.
Указанные отличия позволяют создать маховичный накопитель с выводом валов по обе стороны корпуса с использованием в качестве маховика набора цельнокатаных железнодорожных колес, подвергнутых механической обработке. Использование железнодорожных колес в качестве маховика не является ограничением полезной модели. Маховик может быть изготовлен специально в соответствии с требованиями, предъявляемыми к маховичному накопителю энергии.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - конструктивная схема маховичного накопителя.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 представлен продольный разрез маховичного накопителя, включающего маховик 1 (обведен штрихпунктирной линией), составленный из нескольких конических дисков 2 с ободами 3 и ступицами 4, посаженный ступицами 4 на общую втулку 5 и зафиксированный на нем крышками 6. Между внутренней цилиндрической поверхностью отверстия в центре маховика 1 (и что одно и то же - в общей втулке 5) и внешней цилиндрической поверхностью двух трубчатых деталей 7 торцов корпуса 8, введенных с зазором между их торцами с двух сторон в отверстие в маховике 1 (и что одно и то же - в общей втулке 5) расположены подшипники 9, зафиксированные в осевом направлении в общей втулке 5. В зазоре между торцами трубчатых деталей 7 на общей втулке 5 выполнена зубчатая полумуфта 10 с зубьями внутреннего зацепления, входящего в зацепление с зубчатой полумуфтой 11 с зубьями внешнего зацепления на валу 12, выходящем по обе стороны торцов корпуса 8 маховика 1. Полумуфта 11 ограничена в осевом перемещении шайбами 13 на общей втулке 5. Торцы корпуса 8 соединены между собой цилиндрической стенкой корпуса 14 с фланцами 15. На одном из торцов корпуса 8, расположенном со стороны торца крайнего левого обода 3 на фиг.1, смещенного к центру маховика благодаря коническим дискам 2, установлены по окружности контактные поверхности, например, в виде отдельных цилиндрических стержней со шляпками 16, изготовленными из токопроводящего материала с повышенными фрикционными свойствами (например, применяемого в автомобильных сцеплениях и дисковых тормозах), и связанных с корпусом 8 через электроизолирующую втулку 17.
Работа устройства
При вращении маховика 1 его сила тяжести распределяется между большим числом подшипников 9, что позволяет выполнить их малого диаметра и легких серий - это снижает сопротивление вращению, особенно, если подшипники выполнены каскадными, какие часто применяются в качестве опор маховиков. Подшипники 9 зафиксированы от перемещения в осевом направлении, что позволяет приложить к торцу обода 3 (крайнего слева на фиг.1) силу со стороны стрежней со шляпками 16 при упругой деформации конических дисков 2 и продвижении ободов 3 влево (на фиг.1) при быстром вращении маховика 1, что представлено штриховой линией. Это осевое продвижение обода 3 подтверждено экспериментальными исследованиями автора и прочностными расчетами. При недозволенно высокой частоте вращения маховика 1 торец крайнего левого обода 3 касается электроизолированных стержней со шляпками 16, что приводит к срабатыванию электронной системы любого типа, прекращающей разгон маховика 1 (на фиг.1 не представлена), а также к механическому торможению маховика 1 за счет трения торца обода 3 о шляпки стержней 16. Вращение маховика 1 и его замедление при отдаче энергии осуществляется валом 12 через зубчатую компенсирующую перекосы муфту из полумуфт 10 и 11. Благодаря выходу вала 12 по обе стороны торцов 8 корпуса вращение может передаваться последовательно маховичным накопителям энергии, объединенным торцевыми сторонами в батарею из нескольких накопителей.