Стационарный накопитель энергии

Авторы патента:

F16F15/315 - характеризуемые своими поддерживающими устройствами, например креплением, рамами, закрепляющими инерционный элемент на валу (F16F 15/31 имеет преимущество)

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для накопления энергии в стационарных условиях, не подверженных внешним динамическим воздействиям.

Задачей полезной модели является разработка устройства, ось вращения маховика которого не подвержена угловым перемещениям при вращении маховика из-за его дисбаланса.

Технический результат заключается в отсутствии гироскопических нагрузок на маховик накопителя при при радиальных перемещениях маховика из-за его дисбаланса.

Стационарный маховичный накопитель включает в себя корпус с горизонтальным маховиком, подвешенным в нем в опоре с возможностью вращения на одной верхней цапфе, 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 проходило бы без угловых смещений его оси.

1 н.п. ф-лы, 2 ил.

Область техники

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

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.

Стационарный маховичный накопитель, включающий корпус с горизонтальным маховиком, подвешенным в нем (в корпусе) в опоре с возможностью вращения на одной верхней цапфе, отличающийся 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 проходило бы без угловых смещений его оси.