Маховичный накопитель энергии с горизонтальной осью вращения маховика

Маховичный накопитель энергии с горизонтальной осью вращения маховика, включает в себя маховик (1), состоящий, по меньшей мере, из одного диска со сквозным отверстием в центре корпуса, опоры в виде подшипников качения (6) и выходной вал (10), причем часть корпуса заведена в виде трубы (5) в сквозное центральное отверстие в маховике, между цилиндрической стенкой отверстия и трубой корпуса расположены в ряд опоры качения, а выходной вал выполнен проходящим сквозь трубу корпуса и герметичное уплотнение (11) между валом и корпусом. Опоры качения выполнены каскадными, а герметичное уплотнение - магнитожидкостным.

1 н.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в энергетике.

Уровень техники

Известна конструкция маховичного накопителя энергии в виде маховика с центральным отверстием, в которое на посадке с натягом посажен вал, зафиксированный в корпусе на подшипниках качения и являющийся выходным валом накопителя (см., например, книгу Дж. Джента «Накопление кинетической энергии», М., Мир, 1983, с.30, рис.1.6). Данная конструкция принята за прототип.

Прототип обладает следующими недостатками.

1. Маховик зафиксирован в корпусе на малом количестве опор, ввиду чего опоры выполнены крупными и, как следствие, с большими потерями на трение.

2. В корпусе находится воздух атмосферного давления, создающий большие аэродинамические потери, а вследствие отсутствия герметичного уплотнения среду в корпусе нельзя выполнить разреженной или заменить газом с малыми аэродинамическими потерями.

3. Опоры маховика выполнены в виде обычных подшипников качения, внутреннее кольцо которых вращается с частотой вращения маховика, а внешнее неподвижно, что создает высокое сопротивление в подшипниках.

Раскрытие полезной модели

Задачей полезной модели является снижение потерь энергии на вращение маховика, как аэродинамических, так и на трение в опорах качения. Указанная задача решается тем, что маховичный накопитель энергии с горизонтальной осью вращения маховика, включающий в себя маховик, состоящий, по меньшей мере, из одного диска со сквозным отверстием в центре корпуса, опоры в виде подшипников качения и выходной вал, характеризуется тем, что часть корпуса заведена в виде трубы в сквозное центральное отверстие в маховике, между цилиндрической стенкой отверстия и трубой корпуса расположены в ряд опоры качения, а выходной вал выполнен проходящим сквозь трубу корпуса и герметичное уплотнение между валом и корпусом.

Другое отличие предлагаемого устройства состоит в том, что опоры качения выполнены каскадными.

Еще одно отличие предлагаемого устройства состоит в том, что герметичное уплотнение выполнено магнитожидкостным.

В результате вышеуказанных отличий достигается технический результат полезной модели, заключающийся в снижении потерь энергии на вращение маховика, как аэродинамических, так и на трение в опорах качения, причем опоры качения выбраны для восприятия радиальных нагрузок, то есть ось вращения маховика в накопителе горизонтальная.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - конструктивная схема маховичного накопителя энергии. Осуществление полезной модели

Устройство (фиг.1) состоит из маховика 1, в данном случае собранного из трех дисков со сквозным центральным отверстием, закрепленных в обойме 2. Корпус 3 накопителя включает крышку 4 и трубу 5, концентричную обойме 2, причем обойма 2 закреплена на трубе 5 с возможностью вращения на подшипниках качения любого приемлемого типа (шариковых, радиальных или радиально-упорных, роликовых и т.д.). В данном случае на фиг.1 опоры качения выполнены в виде так называемых соединенных, или чаще называемых каскадных опор качения (см. книгу Дж. Джента «Накопление кинетической энергии», М., Мир, 1983, с.204, рис.4.5 б), имеющих пониженные сопротивления качению и большую долговечность. Каскадная опора качения состоит из подшипников качения 6, например, шариковых радиальных, последовательно соединенных втулками 7 так, что внешняя обойма одного подшипника объединена с внутренней обоймой другого. Для прилегания внешних и внутренних обойм подшипников качения 6 к обойме 2 и трубе 5 соответственно, использованы втулки 8 и 9 соответственно. Между корпусом 3 и крышкой 4 находится газ (воздух, водород, гелий) при пониженном давлении, что снижает аэродинамические потери при вращении маховика 1. Выходной вал 10 накопителя энергии герметично уплотнен с корпусом 3, например, магнитожидкостным уплотнением 11 со встроенными подшипниками 12, широко применяемыми в подобных случаях (см. книгу Дж. Джента «Накопление кинетической энергии», М., Мир, 1983, с.183, рис.3.14). Отметим, что предложенный накопитель эксплуатируется с горизонтально расположенной осью маховика.

Работа устройства

Работа устройства происходит следующим образом. Маховик 1 раскручивается (разгоняется) внешним источником энергии за выходной вал 10 и вращается в корпусе 3 с крышкой 4, с находящейся между ними средой с пониженным аэродинамическим сопротивлением (разреженный воздух, водород, гелий). Герметичное уплотнение 11, например, магнитожидкостное, уплотняет вращающийся выходной вал 10 с корпусом 3. Маховик 1 посажен на неподвижной трубе 5 с помощью опор качения, в данном случае каскадных, где подшипники 6 последовательно объединены друг с другом втулками 7 и 8. В результате частота вращения подшипников 6 падает вдвое по сравнению с частотой вращения маховика 1 в опорах, что резко снижает потери энергии на вращение маховика 1 в опорах и повышает долговечность этих опор (подтверждение этого описано в книге Дж. Джента «Накопление кинетической энергии», М., Мир, 1983, с.204).

Таким образом достигается технический результат.

1. Маховичный накопитель энергии с горизонтальной осью вращения маховика, включающий в себя маховик, состоящий, по меньшей мере, из одного диска со сквозным отверстием в центре корпуса, опоры в виде подшипников качения и выходной вал, отличающийся тем, что часть корпуса заведена в виде трубы в сквозное центральное отверстие в маховике, между цилиндрической стенкой отверстия и трубой корпуса расположены в ряд опоры качения, а выходной вал выполнен проходящим сквозь трубу корпуса и герметичное уплотнение между валом и корпусом.

2. Маховичный накопитель энергии по п.1, отличающийся тем, что опоры качения выполнены каскадными.

3. Маховичный накопитель энергии по п.1, отличающийся тем, что герметичное уплотнение выполнено магнитожидкостным.