RU118706U1 - SUPERFLOW PROTECTOR (OPTIONS) - Google Patents

SUPERFLOW PROTECTOR (OPTIONS) Download PDF

Info

Publication number
RU118706U1
RU118706U1 RU2012107043/11U RU2012107043U RU118706U1 RU 118706 U1 RU118706 U1 RU 118706U1 RU 2012107043/11 U RU2012107043/11 U RU 2012107043/11U RU 2012107043 U RU2012107043 U RU 2012107043U RU 118706 U1 RU118706 U1 RU 118706U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flywheel
valve
protective device
metal
protective
Prior art date
Application number
RU2012107043/11U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Вячеславович Харитонов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет
Priority to RU2012107043/11U priority Critical patent/RU118706U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU118706U1 publication Critical patent/RU118706U1/en

Links

Landscapes

  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

1. Защитное устройство супермаховика, содержащее цилиндрический корпус, изготовленный из композитного материала, в котором создается вакуум; супермаховик; вал; подшипники; защитное кольцо, изготовленное из прочного материала и установленное внутри корпуса с возможностью проворачивания относительно него, отличающееся тем, что возможность проворачивания защитного кольца относительно корпуса осуществляется за счет металлических игл и роликов, установленных на двух металлических кольцах-экранах, которые установлены между защитным кольцом и корпусом, а по торцам корпуса захватывают весь обод маховика; защитное устройство содержит слой прочного пористого металла с порами, заполненными водой, установленный на защитное кольцо с его внутренней стороны, причем пористый металл покрыт со стороны обода маховика тонким разделяющим слоем металла, а со всех других сторон более толстым разделяющим слоем металла; защитное устройство содержит не менее одного клапана на каждом плоском торце корпуса, каждый клапан приварен (приклеен) к корпусу тонким герметичным швом с внешней стороны корпуса; над каждым клапаном установлены по две скрещенные скобы, закрепленные на внешней стороне корпуса; защитное устройство содержит мотор-генератор, разделенный диском маховика на две зеркально симметричные части; оба статора мотор-генератора установлены изнутри на плоские торцы корпуса с обеих сторон от диска маховика и содержат систему охлаждения; оба ротора мотор-генератора выполнены на постоянных магнитах заодно со ступицей маховика по обе стороны диска маховика. ! 2. Защитное устройство супермаховика, содержащее цилиндричес 1. Protective device super flywheel containing a cylindrical body made of composite material, which creates a vacuum; super flywheel; shaft; bearings; a protective ring made of durable material and installed inside the body with the ability to rotate relative to it, characterized in that the ability to rotate the protective ring relative to the body is carried out by metal needles and rollers installed on two metal ring-screens that are installed between the protective ring and the body , and at the ends of the body they capture the entire rim of the flywheel; the protective device contains a layer of durable porous metal with pores filled with water, mounted on the protective ring from its inner side, and the porous metal is coated on the side of the flywheel rim with a thin separating metal layer, and on all other sides with a thicker separating metal layer; the protective device contains at least one valve on each flat end of the body, each valve is welded (glued) to the body with a thin sealed seam from the outside of the body; above each valve there are two crossed brackets fixed on the outer side of the body; the protective device contains a motor-generator, divided by a flywheel disk into two mirror-symmetrical parts; both stators of the motor-generator are installed from the inside on the flat ends of the housing on both sides of the flywheel disk and contain a cooling system; Both rotors of the motor-generator are made on permanent magnets, integral with the flywheel hub on both sides of the flywheel disc. ! 2. Protective device super flywheel containing cylindrical

Description

Полезная модель относится к защитным устройствам (ЗУ) или к защитным кожухам (в широком смысле слова) маховичных накопителей энергии и может быть использована везде, где может применяться инерционный аккумулятор, в том числе на транспорте и в бытовых приборах.The utility model relates to protective devices (chargers) or to protective covers (in the broad sense of the word) of flywheel energy storage devices and can be used wherever an inertial battery can be used, including in transport and household appliances.

Известна противоаварийная система супермаховика US 20060117904 А1 (опубл. 2006.06.08), представляющая собой особую «философию проектирования» маховичного накопителя энергии, направленную на предотвращение разрушения обода супермаховика и других деталей инерционного накопителя энергии. Недостатком системы является то, что все равно всегда имеется шанс, что разрушение обода маховика произойдет. Но полное разрушение обода и защитный кожух как таковой данным патентом не рассматриваются.Known anti-emergency system of super-flywheel US 20060117904 A1 (publ. 2006.06.08), which is a special "design philosophy" of the flywheel energy storage, aimed at preventing destruction of the rim of the super-flywheel and other parts of the inertial energy storage. The disadvantage of the system is that there is always a chance that destruction of the flywheel rim will happen. But the complete destruction of the rim and the protective casing as such are not considered by this patent.

Известны ЗУ для удержания разорванных при испытаниях частей вращающихся деталей и улавливания осколков (SU 1695025 А2, опубл. 30.11.1991; SU 1612169 А1, опубл. 07.12.1990; SU 1515005 А1, опубл. 15.10.1989; SU 1057743 А1, опубл. 30.11.1983; SU 308270 А1, опубл. 02.08.1971) предназначенные для испытаний рабочих колес турбин и компрессоров и других вращающихся деталей на предельную частоту вращения. Однако эти устройства мало подходят в качестве защитного кожуха супермаховика, особенно при использовании его на транспорте и в быту, т.к. громоздки и имеют большую массу. По этой причине, а также в связи с назначением этих устройств, им не требуется никаких противопожарных систем.Storage devices are known for holding parts of rotating parts torn during tests and trapping fragments (SU 1695025 A2, publ. 11/30/1991; SU 1612169 A1, publ. 12/07/1990; SU 1515005 A1, publ. 10/15/1989; SU 1057743 A1, publ. 11/30/1983; SU 308270 A1, publ. 02/08/1971) designed to test the impellers of turbines and compressors and other rotating parts for the maximum speed. However, these devices are not very suitable as a protective casing for a super flywheel, especially when using it in transport and in everyday life, as bulky and have a large mass. For this reason, and also in connection with the purpose of these devices, they do not need any fire protection systems.

Известна предохранительная оболочка маховика SU 1567823 А1, опубл. 30.05.1990, выполненная в виде хордовой намотки, размещенной по всей поверхности маховика. В качестве материала предохранительной оболочки используются композитные материалы, имеющие большую прочность, чем изотропный материал маховика. Однако у такой конструкции прочность материала больше в центре оболочки (там больше толщина), а не по краям, где при разрушении маховика наблюдаются наибольшие напряжения. Данная предохранительная оболочка предназначена для монолитного маховика, которому не требуется противопожарная система по причине его малой удельной энергии. Применение такой оболочки для супермаховика возможно только при использовании в ней прочного композитного материала, выдерживающего высокую температуру.Known safety shell flywheel SU 1567823 A1, publ. 05/30/1990, made in the form of a chord winding, placed on the entire surface of the flywheel. Composite materials having greater strength than the flywheel isotropic material are used as the material for the containment shell. However, in such a design, the strength of the material is greater in the center of the shell (there is more thickness), and not along the edges, where the stresses are observed when the flywheel is destroyed. This safety casing is intended for a monolithic flywheel, which does not require a fire system because of its low specific energy. The use of such a shell for a super-flywheel is possible only when using a durable composite material that can withstand high temperatures.

Известно противоразрывное ЗУ маховика SU 1530871 А1, опубл. 23.12.1989, содержащее корпус, гибкие элементы, «спицы» (цилиндрические или конические трубы), рабочее вещество, кожух. В процессе поглощения энергии разрушенного маховика участвует несколько механизмов гашения энергии: упругая и пластическая деформация корпуса и «спиц», сжатие и нагрев рабочего вещества. Рабочим веществом, заполняющим внутренние полости ЗУ является, например, вязкое масло, пористая резина, сыпучий порошок, и т.п. Недостатком устройства является его громоздкость и большая масса, что связано с тем, что рабочее вещество в нем только нагревается, а не плавится и не испаряется.Known anti-explosive memory of the flywheel SU 1530871 A1, publ. 12/23/1989, containing a housing, flexible elements, "spokes" (cylindrical or conical pipes), a working substance, a casing. In the process of energy absorption of the destroyed flywheel, several mechanisms of energy suppression are involved: elastic and plastic deformation of the body and “spokes”, compression and heating of the working substance. The working substance filling the internal cavity of the memory is, for example, viscous oil, porous rubber, loose powder, etc. The disadvantage of this device is its bulkiness and large mass, which is due to the fact that the working substance in it only heats up, and does not melt and does not evaporate.

Известен маковичный накопитель энергии RU 97785 U1, опубл. 20.09.2010, корпус (защитный кожух) которого имеет изнутри тормозное покрытие с температурой плавления, испарения или разложения меньшими, чем у корпуса, с теплопроводностью соизмеримой с теплопроводностью материала корпуса. Для повышения теплопроводности тормозного покрытия его материал насыщается, например, медным порошком. Корпус выполняется так, что между тормозным покрытием и ободом маховика образуется кольцевой калиброванный зазор. Если деформация маховика превысит предельную, произойдет соприкосновение обода маховика и тормозного покрытия, возникнет сильный тормозной момент, который используется для отключения двигателя от маховика. Недостатком конструкции можно считать чувствительность к ударам, высокую точность а, следовательно, и стоимость изготовления кожуха. Данная конструкция маховичного накопителя предназначена для монолитного маховика и не сможет работать при использовании волоконного маховика [1, с.195]. Кроме того, данная конструкция ликвидирует только одну из четырех возможных причин разрушения маховиков - от превышения угловой скорости [1, с.185]. Данная конструкция не предназначена для полной утилизации кинетической энергии маховика, а только ограничивает частоту вращения. Усталостное разрушение может произойти и при сравнительно малой деформации [1, с.195], в этом случае отключение двигателя от маховика будет невозможно. На зазор могут влиять температуры маховика (аэродинамический разогрев при малом давлении под кожухом) и корпуса (температура окружающей среды). Используемое в аналоге тормозное покрытие, которое может испаряться, несколько напоминает предлагаемый в данном описании полезной модели слой пористого металла с порами, заполненными водой.Known poppy energy storage RU 97785 U1, publ. 09/20/2010, the casing (protective casing) of which has a brake coating on the inside with a melting, evaporation or decomposition temperature lower than that of the casing, with thermal conductivity commensurate with the thermal conductivity of the casing material. To increase the thermal conductivity of the brake coating, its material is saturated, for example, with copper powder. The housing is designed so that an annular calibrated gap is formed between the brake coating and the flywheel rim. If the deformation of the flywheel exceeds the limit, the flywheel rim and the brake cover come into contact, and a strong braking torque occurs, which is used to disconnect the engine from the flywheel. A design flaw can be considered shock sensitivity, high accuracy and, consequently, the cost of manufacturing the casing. This design of the flywheel drive is designed for a monolithic flywheel and cannot work when using a fiber flywheel [1, p. 195]. In addition, this design eliminates only one of the four possible causes of the destruction of the flywheels - from exceeding the angular velocity [1, p.185]. This design is not intended for the complete utilization of the kinetic energy of the flywheel, but only limits the speed. Fatigue failure can occur with a relatively small deformation [1, p. 195], in this case, disconnecting the engine from the flywheel will be impossible. The clearance can be affected by the temperature of the flywheel (aerodynamic heating at low pressure under the casing) and the casing (ambient temperature). The brake coating used in the analogue, which can evaporate, somewhat resembles the layer of porous metal with pores filled with water proposed in this description of the utility model.

Известен защитный кожух с защитным кольцом, которое может проворачиваться внутри кожуха в случае разрушения маховика [1, с.194, 192-195]. Данный защитный кожух имеет следующий недостаток. В случае аварии высокоэнергетического волоконного маховика такой кожух сильно нагреется (см. ниже) и может стать причиной пожара. Кроме того, для обеспечения необходимой прочности прототип, изготовленный из стали, должен иметь достаточно большую массу.Known protective casing with a protective ring, which can be rotated inside the casing in case of destruction of the flywheel [1, p.194, 192-195]. This protective cover has the following disadvantage. In the event of an accident with a high-energy fiber flywheel, such a cover will become very hot (see below) and may cause a fire. In addition, to ensure the necessary strength, a prototype made of steel must have a sufficiently large mass.

Известен защитный кожух маховика [1, с.194-195], содержащий вакуумируемый корпус, защитное кольцо, намотанное из стальной ленты, подшипники с уплотнениями. Благодаря двум втулкам и двум монтажным кронштейнам в случае разрушения маховика весь корпус начинает вращаться в сторону вращения маховика, принимая на себя примерно 1/3 его энергии. Маховик с таким корпусом спроектирован для установки на транспортном средстве. Данный защитный кожух имеет следующие недостатки. При использовании подобного кожуха для высокоэнергетического волоконного маховика (супермаховика) в случае разрушения такого маховика вся установка сильно нагреется (2/3 энергии маховика при разрушении превращается в тепло) и может стать причиной пожара, особенно при бытовом или офисном использовании маховичного накопителя энергии (UPS компьютера, аварийное освещение квартиры, офиса и т.п.). Для обеспечения необходимой прочности такой кожух маховика должен иметь достаточно большую массу: масса корпуса с подвеской почти в два раза больше массы маховика [1, с.195]. Кроме того, при аварии транспортного средства у подобного корпуса может не оказаться возможности вращения из-за заклинивания оси вращения корпуса или сильного давления на корпус каких-либо элементов конструкции разрушенного транспортного средства.Known protective casing of the flywheel [1, p.194-195], containing a vacuum housing, a protective ring wound from steel tape, bearings with seals. Thanks to two bushings and two mounting brackets in case of destruction of the flywheel, the entire body begins to rotate in the direction of rotation of the flywheel, taking on about 1/3 of its energy. A flywheel with such a housing is designed for installation on a vehicle. This protective cover has the following disadvantages. When using such a casing for a high-energy fiber flywheel (super-flywheel), if such a flywheel is destroyed, the entire installation will become very hot (2/3 of the flywheel’s energy turns into heat when it is destroyed) and can cause a fire, especially when using the flywheel energy storage device (computer UPS) , emergency lighting of an apartment, office, etc.). To ensure the necessary strength, such a flywheel casing should have a sufficiently large mass: the mass of the housing with the suspension is almost two times the mass of the flywheel [1, p. 195]. In addition, in the event of a vehicle accident, such a hull may not be able to rotate due to jamming of the axis of rotation of the hull or strong pressure on the hull of any structural elements of the destroyed vehicle.

Технический результат полезной модели направлен на устранение пожарной опасности высокоэнергетических волоконных маховиков и уменьшение массы защитного кожуха при неизменном запасе его прочности.The technical result of the utility model is aimed at eliminating the fire hazard of high-energy fiber flywheels and reducing the weight of the protective casing with an unchanged safety margin.

Технический результат для первого варианта исполнения достигается тем, что защитное устройство супермаховика содержит цилиндрический корпус, изготовленный из композитного материала, в котором создается вакуум; супермаховик; вал; подшипники; защитное кольцо, изготовленное из прочного материала и установленное внутри корпуса с возможностью проворачивания относительно него, причем возможность проворачивания защитного кольца относительно корпуса осуществляется за счет металлических игл и роликов, установленных на двух металлических кольцах-экранах, которые установлены между корпусом и защитным кольцом, а по торцам корпуса захватывают весь обод маховика; защитное устройство содержит слой прочного пористого металла, с порами, заполненными водой, установленный на защитное кольцо с его внутренней стороны, причем пористый металл покрыт со стороны обода маховика тонким разделяющим слоем металла, а со всех других сторон более толстым разделяющим слоем металла; защитное устройство содержит не менее одного клапана на каждом плоском торце корпуса, каждый клапан приварен (приклеен) к корпусу тонким герметичным швом с внешней стороны корпуса; над каждым клапаном установлены по две скрещенные скобы, закрепленные на внешней стороне корпуса; защитное устройство содержит мотор-генератор, разделенный диском маховика на две зеркально симметричные части; оба статора мотор-генератора установлены изнутри на плоские торцы корпуса с обеих сторон от диска маховика и содержат систему охлаждения; оба ротора мотор-генератора выполнены на постоянных магнитах заодно со ступицей маховика по обе стороны диска маховика.The technical result for the first embodiment is achieved by the fact that the protective device of the super-flywheel comprises a cylindrical body made of a composite material in which a vacuum is created; super flywheel; shaft; bearings; a protective ring made of durable material and mounted inside the housing with the possibility of rotation relative to it, and the ability to rotate the protective ring relative to the housing is carried out by metal needles and rollers mounted on two metal ring screens that are installed between the housing and the protective ring, and the ends of the body capture the entire rim of the flywheel; the protective device comprises a layer of durable porous metal, with pores filled with water, mounted on the protective ring on its inside, and the porous metal is coated on the side of the flywheel rim with a thin separating layer of metal, and on all other sides with a thicker separating metal layer; the protective device contains at least one valve on each flat end of the body, each valve is welded (glued) to the body with a thin sealed seam from the outside of the body; each valve has two crossed brackets mounted on the outside of the body; the protective device comprises a motor generator divided by a flywheel disk into two mirror-symmetric parts; both stators of the motor generator are installed inside on the flat ends of the housing on both sides of the flywheel disk and contain a cooling system; both rotors of the motor generator are made with permanent magnets at the same time with the flywheel hub on both sides of the flywheel disk.

Технический результат для второго варианта исполнения достигается тем, что защитное устройство супермаховика содержит цилиндрический корпус, изготовленный из композитного материала, в котором создается вакуум; супермаховик; вал; подшипники; защитное кольцо, изготовленное из прочного материала и установленное на внутренней боковой поверхности корпуса; защитное устройство содержит слой прочного пористого металла, с порами, заполненными водой, установленный на защитное кольцо с его внутренней стороны и охватывающий обод волоконного маховика, причем пористый металл покрыт со стороны маховика тонким разделяющим слоем металла, а со всех других сторон более толстым разделяющим слоем металла; защитное устройство содержит не менее одного клапана на каждом плоском торце корпуса, каждый клапан приварен (приклеен) к корпусу тонким герметичным швом с внешней стороны корпуса; снаружи на каждый клапан установлен патрубок, прикрепленный к внешней стороне корпуса, расположенный радиально, и имеющий около края корпуса отверстие (сопло) с осью направленной по касательной к корпусу, смотрящее в сторону вращения маховика и диаметром меньшим или равным диаметру отверстия клапана; внутри патрубка вокруг клапана установлены стержни, ограничивающие и одновременно направляющие движение клапана, и которые выполнены заодно с корпусом патрубка; осевое движение клапана ограничивается пружиной, упирающейся в дно патрубка, несжатой до срабатывания клапана; защитное устройство содержит мотор-генератор, разделенный диском маховика на две зеркально симметричные части; оба статора мотор-генератора установлены изнутри на плоские торцы корпуса с обеих сторон от диска маховика и содержат систему охлаждения; оба ротора мотор-генератора выполнены на постоянных магнитах заодно со ступицей маховика по обе стороны диска маховика; весь корпус защитного устройства установлен в U-образной опоре с возможностью вращения относительно нее. Корпус защитного устройства по второму варианту исполнения может быть установлен в нескольких соединенных звездой U-образных опорах с общей осью, с возможностью вращения относительно этой общей оси, либо в раме с возможностью вращения относительно нее.The technical result for the second embodiment is achieved by the fact that the protective device of the super-flywheel comprises a cylindrical body made of a composite material in which a vacuum is created; super flywheel; shaft; bearings; a protective ring made of durable material and mounted on the inner side surface of the housing; the protective device comprises a layer of durable porous metal, with pores filled with water, mounted on the protective ring on its inside and covering the rim of the fiber flywheel, the porous metal being coated on the flywheel side with a thin separating layer of metal, and on all other sides with a thicker separating metal layer ; the protective device contains at least one valve on each flat end of the body, each valve is welded (glued) to the body with a thin sealed seam from the outside of the body; on the outside, a valve is mounted on each valve, attached to the external side of the body, located radially, and having a hole (nozzle) near the edge of the body with an axis directed tangentially to the body, looking in the direction of rotation of the flywheel and with a diameter less than or equal to the diameter of the valve opening; inside the nozzle around the valve there are rods that limit and at the same time guide the movement of the valve, and which are made integral with the nozzle body; the axial movement of the valve is limited by a spring resting against the bottom of the nozzle, uncompressed until the valve is activated; the protective device comprises a motor generator divided by a flywheel disk into two mirror-symmetric parts; both stators of the motor generator are installed inside on the flat ends of the housing on both sides of the flywheel disk and contain a cooling system; both rotors of the motor generator are made with permanent magnets at the same time with the flywheel hub on both sides of the flywheel disk; the entire body of the protective device is mounted in a U-shaped support with the possibility of rotation relative to it. The housing of the protective device according to the second embodiment can be installed in several star-connected U-shaped supports with a common axis, with the possibility of rotation about this common axis, or in a frame with the possibility of rotation relative to it.

Вместо пористого металла в обоих вариантах исполнения можно использовать тонкостенные металлические трубки малого диаметра, плотно уложенные друг к другу (например, навитые по внутренней боковой поверхности защитного кольца) и покрытые со стороны маховика тонким разделяющим слоем металла, а со всех других сторон более толстым разделяющим слоем металла, причем вода должна заполнять не только сами трубки, но и пространство между ними.Instead of porous metal in both versions, thin-walled metal tubes of small diameter can be used tightly laid to each other (for example, wound around the inner side surface of the protective ring) and coated on the flywheel with a thin separating layer of metal, and on all other sides with a thicker separating layer metal, and water should fill not only the tubes themselves, but also the space between them.

На рис.1 показана конструкция защитного устройства по первому варианту исполнения, предназначенная, например, для гиромобиля: 1 - корпус; 2 защитное кольцо; 3 - пористый металл с порами, заполненными водой (или металлические трубки с водой); 4 - тонкий разделяющий слой металла; 5 - две скрещенные скобы; 6 - предохранительный клапан; 7 - тонкий сварной (клеевой) шов; 8 - вал маховика; 9 - диск маховика; 10 - обмотка статора двигателя-генератора; 11 - каналы системы охлаждения статора; 12 - постоянные магниты ротора двигателя-генератора; 13 - стекловолокно (или композитный материал) обода маховика; 14 - металлические ролики; 15 - металлические иглы (как в игольчатом роликоподшипнике); 16 - металлическое кольцо-экран.Figure 1 shows the design of the protective device according to the first embodiment, designed, for example, for a gyrocar: 1 - housing; 2 protective ring; 3 - porous metal with pores filled with water (or metal tubes with water); 4 - a thin separating layer of metal; 5 - two crossed staples; 6 - safety valve; 7 - thin weld (glue) seam; 8 - flywheel shaft; 9 - a flywheel disk; 10 - winding of the stator of the engine-generator; 11 - channels of the stator cooling system; 12 - permanent magnets of the rotor of the engine-generator; 13 - fiberglass (or composite material) flywheel rim; 14 - metal rollers; 15 - metal needles (as in a needle roller bearing); 16 - a metal ring screen.

Внутри цилиндрического вакуумируемого корпуса 1, изготовленного из композитного материала, установлено защитное кольцо 2, изготовленное из прочного материала с возможностью проворачивания относительно корпуса 1 за счет металлических игл 15 и роликов 14, установленных на двух металлических кольцах-экранах 16, которые установлены между корпусом 1 и защитным кольцом 2, а по плоским торцам корпуса захватывают весь обод маховика. На защитное кольцо 2 с его внутренней стороны установлен слой прочного пористого металла 3, с порами, заполненными водой (пористый слой), причем пористый металл покрыт со стороны обода маховика тонким разделяющим слоем металла 4, а со всех других сторон более толстым разделяющим слоем металла. Внутри корпуса 1 на подшипниках установлен вал 8 маховика, обод которого изготовлен из стекловолокна 13 (или композитного материала), диск 9 маховика выполнен из прочного металла. Мотор-генератор разделен на две идентичные зеркально симметричные части. Оба статора мотор-генератора с обмотками 10 установлены изнутри на плоские торцы корпуса 1 с обеих сторон от диска 9 маховика и содержат систему охлаждения, каналы 11 которой заполнены циркулирующей охлаждающей жидкостью (или газом). Оба ротора мотор-генератора выполнены на постоянных магнитах 12 заодно со ступицей маховика по обе стороны диска 9 маховика. ЗУ содержит не менее одного клапана 6 на каждом плоском торце корпуса 1. Каждый клапан приварен (приклеен) к корпусу тонким герметичным швом 7 с внешней стороны. Над каждым клапаном 6 установлены по две скрещенные скобы 5, закрепленные на корпусе 1 с его внешней стороны, которые удерживают выбитый паром клапан.Inside the cylindrical evacuated housing 1 made of composite material, a protective ring 2 is installed, made of durable material with the possibility of rotation relative to the housing 1 due to metal needles 15 and rollers 14 mounted on two metal rings-screens 16 that are installed between the housing 1 and a protective ring 2, and along the flat ends of the body capture the entire rim of the flywheel. A layer of strong porous metal 3 is installed on the protective ring 2 on its inner side, with pores filled with water (porous layer), and the porous metal is coated on the side of the flywheel rim with a thin separating layer of metal 4, and on all other sides with a thicker separating metal layer. Inside the housing 1, the bearings have a flywheel shaft 8, the rim of which is made of fiberglass 13 (or composite material), the flywheel disk 9 is made of durable metal. The motor generator is divided into two identical mirror-symmetric parts. Both stator of the motor generator with windings 10 are installed inside on the flat ends of the housing 1 on both sides of the flywheel disk 9 and contain a cooling system, the channels 11 of which are filled with circulating coolant (or gas). Both rotors of the motor generator are made with permanent magnets 12 at the same time with the flywheel hub on both sides of the flywheel disk 9. The memory contains at least one valve 6 on each flat end of the housing 1. Each valve is welded (glued) to the housing with a thin tight joint 7 from the outside. Above each valve 6, two crossed brackets 5 are mounted, mounted on the housing 1 from its outer side, which hold the valve knocked out by steam.

На рис.2 показана конструкция защитного устройства по второму варианту исполнения, предназначенная для стационарного применения вплоть до бытового и офисного, а так же для применения в пожароопасных местах.Figure 2 shows the design of the protective device according to the second embodiment, designed for stationary use up to domestic and office, as well as for use in fire hazardous locations.

1 - корпус; 2 - защитное кольцо; 3 - пористый металл с порами, заполненными водой (или металлические трубки с водой); 4 - тонкий разделяющий слой металла; 6 - предохранительный клапан; 7 - тонкий сварной (клеевой) шов; 8 - вал маховика; 9 - диск маховика; 10 - обмотка статора двигателя-генератора; 11 - каналы системы охлаждения статора: 12 - постоянные магниты ротора двигателя-генератора; 13 - стекловолокно (или композитный материал) обода маховика; 17 - отверстие для выхода пара (сопло); 18 - патрубок; 19 - стержни; 20 - пружина; 21 - U-образная опора; 22 - ось.1 - housing; 2 - a protective ring; 3 - porous metal with pores filled with water (or metal tubes with water); 4 - a thin separating layer of metal; 6 - safety valve; 7 - thin weld (glue) seam; 8 - flywheel shaft; 9 - a flywheel disk; 10 - winding of the stator of the engine-generator; 11 - channels of the stator cooling system: 12 - permanent magnets of the rotor of the engine-generator; 13 - fiberglass (or composite material) flywheel rim; 17 - hole for the exit of steam (nozzle); 18 - pipe; 19 - rods; 20 - spring; 21 - U-shaped support; 22 - axis.

Конструкция такого кожуха отличается от первого варианта исполнения отсутствием игл 15, роликов 14 и колец-экранов 16, т.к. защитное кольцо 2 и слой пористого металла 3 с порами, заполненными водой, с разделяющим слоем металла 4 установлены неподвижно на внутренней поверхности корпуса 1. В целях максимальной пожарной безопасности пористый слой 3 выполнен охватывающим обод маховика. Вместо скоб 5 на наружных торцевых поверхностях корпуса установлены патрубки 18, расположенные радиально. Каждый патрубок имеет у края корпуса отверстие (сопло) 17 с осью направленной по касательной к корпусу, смотрящее в сторону вращения маховика и диаметром меньшим или равным диаметру отверстия клапана 6. Внутри патрубка 18 вокруг клапана 6 установлены стержни 19, ограничивающие и одновременно направляющие движение клапана. Осевое движение клапана ограничивается пружиной 20, упирающейся в дно патрубка 18, несжатой в обычном положении. Корпус 1 установлен в U-образной опоре 21 на оси 22 с возможностью вращения относительно нее (или в нескольких соединенных звездой U-образных опорах с общей осью, или в раме).The design of such a casing differs from the first embodiment by the absence of needles 15, rollers 14 and ring screens 16, because a protective ring 2 and a layer of porous metal 3 with pores filled with water, with a separating layer of metal 4 are fixedly mounted on the inner surface of the housing 1. For maximum fire safety, the porous layer 3 is made covering the flywheel rim. Instead of staples 5, pipes 18 located radially are installed on the outer end surfaces of the housing. Each nozzle has an opening (nozzle) 17 at the edge of the housing with an axis directed tangentially to the housing, looking in the direction of rotation of the flywheel and with a diameter less than or equal to the diameter of the valve 6. There are rods 19 inside the nozzle 18 around the valve 6, which limit and simultaneously guide the valve . The axial movement of the valve is limited by a spring 20 resting against the bottom of the pipe 18, uncompressed in the normal position. The housing 1 is installed in the U-shaped support 21 on the axis 22 with the possibility of rotation relative to it (or in several star-connected U-shaped supports with a common axis, or in the frame).

В обоих вариантах исполнения используется цилиндрический корпус (может быть с округлыми краями), как имеющий большую прочность, по сравнению с корпусом, повторяющим изгибы маховика.In both versions, a cylindrical body (may be with rounded edges) is used, as it has greater strength compared to a body that repeats the bends of the flywheel.

Размеры клапанов 6, скоб 5 и патрубков 18 (а также, соответственно, стержней 19, пружин 20 и отверстий 17 для выхода пара) зависят от количества клапанов и при большом их количестве будут меньше, чем на рис.1 и 2. В этом случае расстояние между ободом маховика и статором двигателя-генератора тоже можно будет сделать меньше, что увеличит компактность агрегата и уменьшит аэродинамическое сопротивление.The sizes of valves 6, brackets 5 and nozzles 18 (as well as rods 19, springs 20 and holes 17 for steam outlet, respectively) depend on the number of valves and with a large number of valves will be smaller than in Figs. 1 and 2. In this case the distance between the flywheel rim and the stator of the engine-generator can also be made smaller, which will increase the compactness of the unit and reduce aerodynamic drag.

Принцип работы. Основной проблемой при удержании осколков современных маховиков является не защита кожуха от пробивания, а восприятие момента импульса [1, с.192]. Например, маховики, изготовленные путем намотки волокна без связующего, разрушаются почти осесимметрично, образуя легко задерживаемые осколки, но чрезвычайно быстро передаваемый ими момент импульса, создает большой крутящий момент, воздействующий на защитное кольцо [1, с.193-194].Principle of operation. The main problem in holding fragments of modern flywheels is not the protection of the casing from penetration, but the perception of the angular momentum [1, p. 192]. For example, flywheels made by winding fibers without a binder are destroyed almost axisymmetrically, forming easily delayed fragments, but the extremely angular momentum transmitted by them creates a large torque acting on the protective ring [1, p.193-194].

Принцип действия ЗУ основан на использовании физических свойств воды: очень большая теплота парообразования (и большая теплоемкость) при низкой температуре кипения.The principle of operation of the storage device is based on the use of the physical properties of water: very high heat of vaporization (and high heat capacity) at a low boiling point.

В случае разрушения супермаховика, его осколки (разорванные волокна) пробьют тонкий разделяющий слой металла 4, затем слой 3 пористого металла с порами заполненными водой (или слой трубок). При этом осколки маховика будут деформировать металл пористого слоя и этот слой сильно нагреется. Вода в порах (или в трубках) вскипит и начнет испаряться. Пар будет расширяться в вакуум внутри корпуса. Вакуум исчезнет, пространство под корпусом наполнится паром. Когда давление пара внутри корпуса превысит заданную величину, сработают предохранительные клапаны 6 на корпусе. Предохранительные клапаны выдерживают сколько угодно долго внешнее атмосферное давление, а так же удары, вибрации и т.п. за счет того что приварены (приклеены) к корпусу тонким швом 7, но при достижении некоторого внутреннего давления срабатывают, т.е. выбиваются паром и задерживаются скрещенными скобами 5 (в первом варианте исполнения) или пружиной 20 и патрубком 18, а также стержнями 19 (во втором варианте исполнения). В соответствие с формулами для длины окружности и площади круга, чем больше радиус клапана, тем легче разорвать шов 7 внутренним давлением (сила, приходящаяся на единицу длины шва пропорциональна радиусу клапана). Пар начнет выходить в атмосферу, давление под корпусом упадет, температура кипения воды уменьшится. Пар в течение некоторого времени унесет с собой всю энергию маховика. Как показано ниже, количество воды, необходимой для этого, составляет небольшую часть (примерно 1/10) массы маховика из стекловолокна с пределом прочности σв.р=4600 МПа при запасе прочности к=nв=3. Так как давление под корпусом ограничивается предохранительными клапанами, а после их. срабатывания становится примерно равным атмосферному, то температура кипения воды в порах будет определяться сначала давлением срабатывания клапанов, а затем атмосферным давлением. Температура защитного кольца и корпуса ЗУ при разрушении маховика ограничивается температурой кипения воды (при достаточном ее количестве). маховика ограничивается температурой кипения воды (при достаточном ее количестве). Этим и достигается пожарная безопасность высокоэнергетических волоконных маховиков при использовании предлагаемых конструкций ЗУ.In case of destruction of the super-flywheel, its fragments (torn fibers) will pierce a thin separating layer of metal 4, then layer 3 of porous metal with pores filled with water (or a layer of tubes). In this case, fragments of the flywheel will deform the metal of the porous layer and this layer will become very hot. The water in the pores (or in the tubes) boils and begins to evaporate. The steam will expand into a vacuum inside the enclosure. The vacuum will disappear, the space under the housing will be filled with steam. When the vapor pressure inside the housing exceeds a predetermined value, the safety valves 6 on the housing will operate. Safety valves can withstand external atmospheric pressure for as long as possible, as well as shock, vibration, etc. due to the fact that they are welded (glued) to the body with a thin seam 7, but when a certain internal pressure is reached, they work, i.e. they are beaten off by steam and held up by crossed brackets 5 (in the first embodiment) or by a spring 20 and a pipe 18, as well as rods 19 (in the second embodiment). In accordance with the formulas for the circumference and area of the circle, the larger the radius of the valve, the easier it is to break the seam 7 with internal pressure (the force per unit length of the seam is proportional to the radius of the valve). Steam will begin to escape into the atmosphere, pressure under the body will drop, the boiling point of water will decrease. Steam will take away all the flywheel energy with it for some time. As shown below, the amount of water required for this is a small part (approximately 1/10) of the mass of the fiberglass flywheel with a tensile strength σ vp = 4600 MPa with a safety factor of k = nv = 3. Since the pressure under the housing is limited by safety valves, and after them. the response becomes approximately equal to atmospheric, then the boiling point of the water in the pores will be determined first by the response pressure of the valves, and then by atmospheric pressure. The temperature of the protective ring and the body of the charger during the destruction of the flywheel is limited by the boiling point of water (if there is a sufficient amount of it). the flywheel is limited by the boiling point of the water (with a sufficient amount of it). This ensures the fire safety of high-energy fiber flywheels when using the proposed design of the memory.

Предохранительных клапанов как минимум два: минимум по одному на каждом плоском торце корпуса, поэтому при любом положении корпуса с маховиком после аварии пар сможет выйти наружу. Пропускная способность клапанов рассчитывается исходя из того, чтобы давление после срабатывания клапанов было лишь немного больше атмосферного, и, тем самым, температура кипения воды не сильно превышала 100°С.There are at least two safety valves: at least one on each flat end of the casing, therefore, at any position of the casing with the flywheel after an accident, steam can go outside. The valve capacity is calculated based on the fact that the pressure after the valves are activated is only slightly higher than atmospheric, and, thus, the boiling point of water does not greatly exceed 100 ° C.

Вводя пористый металл с порами, заполненными водой мы заметно увеличиваем массу защитного кожуха, но: 1) пористый металл и сам обладает некоторой прочностью и, плюс, энергия удара расходуется не только на деформацию пористого металла, но и на испарение воды, поэтому нагрузка на защитное кольцо при разрушении маховика будет меньше, т.к. осколки покрупнее проходят сначала через пористый слой, а мелкие вообще не долетят до защитного кольца; 2) температура защитного кольца не может сильно превысить температуру кипения воды даже на границе с пористым слоем (если как в предлагаемых вариантах ЗУ пористый слой закреплен на защитном кольце и не может проворачиваться относительно него), что повышает прочность защитного кольца по сравнению со случаем без использования пористого слоя. По этим двум причинам можно уменьшить массу защитного кольца. Но если при аварии температура защитного кольца и корпуса ЗУ не очень высокая, то их можно выполнить не из стали, а из легкого композитного материала, причем композитный материал корпуса может иметь плохую теплопроводность (например, стеклопластик). Этим и достигается уменьшение массы ЗУ супермаховика.Introducing a porous metal with pores filled with water, we noticeably increase the mass of the protective casing, but: 1) the porous metal itself has some strength and, plus, the impact energy is spent not only on the deformation of the porous metal, but also on the evaporation of water, so the load on the protective the ring during the destruction of the flywheel will be less, because larger fragments first pass through the porous layer, while small fragments do not reach the protective ring at all; 2) the temperature of the protective ring cannot greatly exceed the boiling point of water even at the border with the porous layer (if, as in the proposed versions of the storage medium, the porous layer is fixed on the protective ring and cannot be rotated relative to it), which increases the strength of the protective ring compared to the case without using porous layer. For these two reasons, the weight of the protective ring can be reduced. But if during an accident the temperature of the protective ring and the housing of the charger is not very high, then they can be made not of steel, but of lightweight composite material, and the composite material of the case can have poor thermal conductivity (for example, fiberglass). This is achieved by reducing the mass of the super flywheel memory.

Если используемый для изготовления корпуса ЗУ композит обладает плохой теплопроводностью, то при расчете требуемой массы воды в пористом металле (см. ниже формулу (6)) теплоемкость корпуса ЗУ не нужно учитывать (но она и у металлов очень мала по сравнению с теплотой парообразования воды).If the composite used to make the charger case has poor thermal conductivity, then when calculating the required mass of water in a porous metal (see formula (6) below), the heat capacity of the charger case does not need to be taken into account (but it is also very low in metals compared to the heat of vaporization of water) .

Крутящий момент при разрушении маховика останется таким же, испарение воды на нем не скажется т.к. в любом случае происходит абсолютно неупругий удар с передачей соответствующего импульса (момента импульса).The torque during the destruction of the flywheel will remain the same, the evaporation of water will not affect it. in any case, an absolutely inelastic impact occurs with the transmission of the corresponding impulse (angular momentum).

В первом варианте исполнения крутящий момент сильно ослабляется благодаря тому, что защитное кольцо 2 вместе с пористым слоем 3 может проворачиваться относительно корпуса кожуха. Это обеспечивается тем, что между корпусом и защитным кольцом располагаются металлические иглы 15 и ролики 14. Таким образом, весь кожух можно представить как большой радиально-упорный игольчатый и роликовый подшипник без сепаратора. Этот подшипник будет работать в маловероятном случае разрушения маховика, т.е. всего один раз. После разрушения маховика его осколки передадут импульс пористому слою и защитному кольцу, в результате чего защитное кольцо и закрепленный на нем пористый слой придут в быстрое вращение, которое через некоторое время прекратится под действием момента трения между иглами и поверхностями качения, а также между самими иглами, если их размещать близко друг к другу как в подшипнике (тоже самое касается и роликов). Этим моментом трения и будет ограничиваться крутящий момент, действующий на корпус.In the first embodiment, the torque is greatly weakened due to the fact that the protective ring 2 together with the porous layer 3 can rotate relative to the casing body. This is ensured by the fact that metal needles 15 and rollers 14 are located between the housing and the protective ring. Thus, the entire casing can be thought of as a large angular contact needle and roller bearing without a cage. This bearing will work in the unlikely event of a flywheel failure, i.e. just once. After the flywheel is destroyed, its fragments will give an impulse to the porous layer and the protective ring, as a result of which the protective ring and the porous layer fixed on it will come into rapid rotation, which after some time will stop under the action of the friction moment between the needles and rolling surfaces, as well as between the needles themselves, if they are placed close together as in a bearing (the same goes for rollers). This moment of friction will be limited by the torque acting on the housing.

Во втором варианте исполнения при разрушении супермаховика крутящий момент приводит во вращение не защитное кольцо с пористым слоем, а весь маховичный агрегат вместе с электрической машиной, который установлен в U-образной опоре 21 на оси 22 с возможностью вращения относительно нее (или в нескольких соединенных звездой U-образных опорах с общей осью, или в раме). Остановка вращения корпуса произойдет через некоторое время благодаря реактивным силам, действующим на корпус со стороны пара, истекающего из отверстий (сопл) 17 в патрубках 18 и трению в подвеске.In the second embodiment, when the super flywheel is destroyed, the torque does not rotate the protective ring with the porous layer, but the entire flywheel assembly together with the electric machine, which is mounted in the U-shaped support 21 on the axis 22 with the possibility of rotation relative to it (or several connected by a star U-shaped supports with a common axis, or in a frame). The rotation of the housing will stop after some time due to the reactive forces acting on the housing from the side of the steam flowing out of the holes (nozzles) 17 in the nozzles 18 and friction in the suspension.

Вращающий момент на корпусе появится сразу в момент удара осколков о пористый слой 3 и защитное кольцо 2 (неупругий удар), а реактивный момент появится с заметным опозданием, т.к. для его появления должно произойти несколько процессов: нагревание и испарение воды в порах, заполнение паром внутреннего пространства под кожухом, возрастание давления в этом внутреннем пространстве до срабатывания клапанов, а после их срабатывания заполнение паром патрубка и рост давления в нем. И только на последней стадии начнется истечение пара из отверстий (сопл) патрубков и появится реактивный момент. К этому времени корпус маховика будет уже вращаться и задача реактивных патрубков - остановить или хотя бы уменьшить частоту вращения корпуса. Кроме того, когда защитное кольцо с пористым слоем (по первому варианту исполнения) или весь корпус ЗУ (по второму варианту исполнения) раскрутятся под действием вращающего момента разрушившегося маховика, испарению, а во втором варианте исполнения и движению пара к клапанам, будет препятствовать центробежная сила.The torque on the case will appear immediately at the moment of the impact of the fragments on the porous layer 3 and the protective ring 2 (inelastic impact), and the reactive moment will appear with a noticeable delay, because for its appearance, several processes must occur: heating and evaporation of water in the pores, vapor filling of the internal space under the casing, pressure increase in this internal space until the valves operate, and after their operation, filling the pipe with steam and increasing the pressure in it. And only at the last stage will the steam flow out of the holes (nozzles) of the nozzles and the reactive moment will appear. By this time, the flywheel housing will already rotate and the task of the jet nozzles is to stop or at least reduce the rotation frequency of the housing. In addition, when the protective ring with a porous layer (according to the first embodiment) or the entire charger body (according to the second embodiment) is untwisted under the influence of the collapsed flywheel's torque, evaporation, and in the second embodiment and the steam moves to the valves, centrifugal force will prevent .

Чем больше удельная энергия маховика, тем больше вращающий момент и больше требуется масса для противодействию ему. Поэтому более перспективно вращение всего корпуса маховика, причем вместе с двигателем-генератором (т.е. второй вариант исполнения), а не только защитного кольца и пористого слоя (т.е. первый вариант исполнения). Но, правда, при первом варианте исполнения с ростом удельной энергии растет и необходимая масса воды и, соответственно, пористого слоя. Кроме того, второй вариант исполнения имеет несколько более громоздкую конструкцию, чем первый вариант. При любом положении после аварии, ударах и т.п. при первом варианте исполнения вращению защитного кольца и пористого слоя ничто мешать не будет, т.к. корпус прочный и не может быть заклинивания как в прототипе или как во втором варианте исполнения.The greater the specific energy of the flywheel, the greater the torque and the more mass is required to counter it. Therefore, rotation of the entire flywheel housing is more promising, moreover, together with the engine-generator (i.e., the second embodiment), and not only the protective ring and the porous layer (i.e., the first embodiment). But, true, in the first embodiment, with the increase in specific energy, the necessary mass of water and, accordingly, the porous layer also grows. In addition, the second embodiment has a somewhat more bulky design than the first embodiment. In any position after an accident, shock, etc. in the first embodiment, nothing will interfere with the rotation of the protective ring and the porous layer, because the case is durable and cannot be jammed as in the prototype or as in the second embodiment.

При испарении воды момент инерции пористого слоя немного уменьшается, что приведет к некоторому росту угловой скорости для обоих вариантов исполнения.When water evaporates, the moment of inertia of the porous layer decreases slightly, which will lead to a slight increase in the angular velocity for both versions.

Теплопроводность пористого слоя должна быть хорошей для возможности быстрого испарения воды и, тем самым, быстрого гашения кинетической энергии осколков маховика. Кроме того желательно, чтобы пористый слой был прочным - при этом дополнительно увеличивается прочность всего ЗУ. Лучше использовать пористую нержавеющую сталь - пенометалл (или какой-нибудь другой достаточно прочный пористый металл, например, титан). Удельная теплота парообразования железа еще больше чем у воды, но температура кипения железа при аварии вряд ли может быть достигнута (и ее нельзя достигать с точки зрения пожарной безопасности).The thermal conductivity of the porous layer must be good for the possibility of rapid evaporation of water and, thus, rapid quenching of the kinetic energy of flywheel fragments. In addition, it is desirable that the porous layer be strong - while further increasing the strength of the entire memory. It is better to use porous stainless steel - foam metal (or some other sufficiently strong porous metal, for example, titanium). The specific heat of vaporization of iron is even greater than that of water, but the boiling point of iron in an accident can hardly be achieved (and it cannot be achieved from the point of view of fire safety).

Цилиндрический корпус более прочный и более легкий, чем корпус, повторяющий форму супермаховика. Некоторую прочность кожуху при осесимметричном разрушении маховика придает наличие вакуума внутри и атмосферного давления снаружи.The cylindrical body is more durable and lighter than the body, which repeats the shape of a super-flywheel. The presence of vacuum inside and atmospheric pressure outside gives some casing durability during axisymmetric destruction of the flywheel.

Максимальная удельная кинетическая энергия. Кинетическая энергия маховика в виде тонкого кольца или тонкостенного цилиндра находится по формулеMaximum specific kinetic energy. The kinetic energy of the flywheel in the form of a thin ring or thin-walled cylinder is found by the formula

гдеWhere

I - момент инерции маховика (кольца);I is the moment of inertia of the flywheel (ring);

ω - угловая скорость;ω is the angular velocity;

m - масса маховика;m is the mass of the flywheel;

R - радиус маховика (кольца)R is the radius of the flywheel (ring)

n - частота вращения.n is the rotation frequency.

Удельная кинетическая энергия маховика, т.е. запасенная энергия (1), отнесенная к 1 кг веса маховикаFlywheel specific kinetic energy, i.e. stored energy (1), referred to 1 kg of flywheel weight

С другой стороны окружная скорость (на ободе).On the other hand peripheral speed (at the rim).

Тогда удельная кинетическая энергия маховика . У волоконных маховиков удельная энергия больше, значит больше и окружная скорость.Then the specific kinetic energy of the flywheel . Fiber flywheels have a higher specific energy, which means more peripheral speed.

Два различных способа: вывод из условия равновесия элемента кольца или тонкостенного цилиндра во вращающейся неинерциальной системе отсчета (см. [3, с.420]), а также вывод из условия равновесия полукольца (т.е. половины всего маховика) дают следующую формулу для максимальной (предельной) частоты вращения кольца или тонкостенного цилиндра:Two different methods: the conclusion from the equilibrium condition of the element of the ring or the thin-walled cylinder in the rotating non-inertial reference frame (see [3, p. 420]), as well as the conclusion of the equilibrium of the half-ring (ie, half of the entire flywheel) give the following formula for maximum (limiting) frequency of rotation of a ring or thin-walled cylinder:

гдеWhere

R - радиус кольца;R is the radius of the ring;

σT - предел текучести (либо вместо σT можно брать σв.р. - предел прочности);σ T is the yield strength (or, instead of σ T, one can take σ v.d. - ultimate strength);

k - задаваемый конструктором запас прочности (k=nT или k=nB в зависимости от того, что взято: σT или σв.р.);k is the safety margin specified by the designer (k = n T or k = n B depending on what is taken: σ T or σ r.s. );

ρ - плотность материала кольца.ρ is the density of the ring material.

Если подставить (3) в (2), то максимальная удельная кинетическая энергия маховика в виде кольца получитсяIf we substitute (3) in (2), then the maximum specific kinetic energy of the flywheel in the form of a ring is

Отсюда следует, что для маховика лучше всего подходят материалы с максимальным a. при минимальной плотности ρ.It follows that materials with a maximum a are best suited for a flywheel. at a minimum density ρ.

В формуле (4) в зависимости от формы маховика может быть различный числовой коэффициент (коэффициент формы) [1, с.16].In formula (4), depending on the shape of the flywheel, there can be a different numerical coefficient (shape coefficient) [1, p.16].

Расчет параметров супермаховика. Если использовать для намотки маховика реальное прочное стекловолокно cσв,р=4600 МПа и плотностью р=2500 кг/м3, то получается удельная кинетическая энергия Еуд=307 кДж/кг при коэффициенте запаса прочности к=3. Для промышленного углеродного волокна (высокопрочного) с σв,р=3300 МПа и плотностью 1760 кг/м3 получается практически такая же удельная энергия: 312,5 кДж/кг. Но углеволокно обладает горючестью, что для инерционного аккумулятора нежелательно, т.к. в случае аварии температура агрегата может подняться до очень высоких значений вследствие того, что кроме выделения тепла при ударе осколков маховика о кожух эти осколки могут гореть при нарушении герметичности кожуха.Calculation of the parameters of the super flywheel. If we use real strong fiberglass cσ in, p = 4600 MPa and density p = 2500 kg / m 3 for winding the flywheel, then we obtain the specific kinetic energy E beats = 307 kJ / kg with a safety factor of k = 3. For industrial carbon fiber (high strength) with σ in, p = 3300 MPa and a density of 1760 kg / m 3 , almost the same specific energy is obtained: 312.5 kJ / kg. But carbon fiber has flammability, which is undesirable for an inertial battery, because in the event of an accident, the temperature of the unit can rise to very high values due to the fact that in addition to the heat generated when the flywheel fragments hit the casing, these fragments can burn if the casing is not tight.

Благодаря потенциальной энергии упругой деформации полный удельный запас энергии маховика немного увеличивается. В большинстве случаев (для реально существующих на данный момент материалов) запас потенциальной энергии упругой деформации не превышает 0,5% от запаса кинетической энергии. Поэтому при конструировании инерционного аккумулятора в большинстве случаев потенциальной энергией упругой деформации можно пренебречь. Однако, для стекловолокна (σв,р=4600 МПа, модуль упругости Е=85 ГПа) отношение максимальных потенциальной и кинетической энергий Epmax/Ekmax=0,0180, т.е. 1,8%, что связано с относительно малым модулем упругости. В точном расчете эту энергию нужно учитывать.Due to the potential energy of elastic deformation, the total specific energy reserve of the flywheel is slightly increased. In most cases (for materials actually existing at the moment), the stock of potential energy of elastic deformation does not exceed 0.5% of the stock of kinetic energy. Therefore, when constructing an inertial accumulator in most cases, the potential energy of elastic deformation can be neglected. However, for glass fiber (σ in, p = 4600 MPa, elastic modulus E = 85 GPa), the ratio of the maximum potential and kinetic energies is Epmax / Ekmax = 0.0180, i.e. 1.8%, which is associated with a relatively small modulus of elasticity. In accurate calculation, this energy must be taken into account.

Температура махового агрегата с простым кожухом после разрушения маховика. Приравнивая кинетическую энергию маховика (1) и количество теплоты, необходимое для нагревания заданной массы вещества на ΔТ, оценим изменение температуры всего махового агрегата в случае аварии (предполагаем, что весь агрегат сделан из одного материала, например, стали и тепло не отдается окружающей среде):The temperature of the flywheel with a simple casing after the destruction of the flywheel. Equating the kinetic energy of the flywheel (1) and the amount of heat required to heat a given mass of substance by ΔТ, we estimate the temperature change of the entire flywheel unit in the event of an accident (we assume that the entire unit is made of one material, for example, steel and heat is not given to the environment) :

гдеWhere

m - масса маховика;m is the mass of the flywheel;

с - удельная теплоемкость материала;C is the specific heat of the material;

М=m+mмг+mкож - масса всего агрегата, складываемая, соответственно из массы маховика, массы мотор-генератора и массы кожуха (без пористого слоя и защитного кольца).M = m + m mg + m leather - the mass of the entire unit, made up, respectively, of the mass of the flywheel, the mass of the motor generator and the mass of the casing (without a porous layer and a protective ring).

Если защитный кожух выполнен без пористого слоя с порами, заполненными водой, то локально на внутренней поверхности такого кожуха в случае аварии температура будет высокой, гораздо больше, чем по формуле (5), т.к. скорость передачи тепла путем теплопроводности не бесконечна, особенно если кожух выполнен из композитов с плохой теплопроводностью. Формула (5) дает значение изменения температуры после того как все тепло равномерно распределится по всему агрегату без теплообмена с окружающей средой.If the protective casing is made without a porous layer with pores filled with water, then locally on the inner surface of such a casing in case of an accident the temperature will be high, much higher than by formula (5), because the rate of heat transfer through thermal conductivity is not infinite, especially if the casing is made of composites with poor thermal conductivity. Formula (5) gives the value of the temperature change after all the heat is evenly distributed throughout the unit without heat exchange with the environment.

Если теплопроводность материала самого маховика (стекловолокно) много меньше теплопроводности корпуса (сталь), то для оценки величины нагрева установки можно пренебречь массой маховика и учитывать только массу корпуса и мотор-генератора (если разрушение маховика не полное, или если куски, на которые развалился маховик, не очень маленькие). Немалая часть массы мотор-генератора приходится на медную обмотку, но удельная теплоемкость меди (390 Дж/кг-град) близка к удельной теплоемкости стали (469 Дж/кг-град), поэтому в оценочном расчете можно считать что мотор-генератор и кожух стальные.If the thermal conductivity of the material of the flywheel itself (fiberglass) is much lower than the heat conductivity of the housing (steel), then to estimate the heating value of the installation, we can neglect the mass of the flywheel and take into account only the mass of the housing and motor generator (if the destruction of the flywheel is not complete, or if the pieces into which the flywheel fell not very small). A considerable part of the mass of the motor-generator falls on the copper winding, but the specific heat of copper (390 J / kg-deg) is close to the specific heat of steel (469 J / kg-grad), therefore, in the estimated calculation, we can assume that the motor-generator and the casing are steel .

Для стекловолоконного маховика массой 1 кг и радиусом 0,1 м в случае аварии на максимальной частоте вращения (3), если считать, что нагреваться будут только стальные кожух (обычный) и мотор-генератор, а стекло плохо проводит тепло1 (1 Коэффициент теплопроводности стали примерно в 42 раза больше коэффициента теплопроводности стекла), то кожух и мотор-генератор общей массой 2 кг раскалятся до 350°С (от комнатной температуры 23°С, а изменение температуры по (5) будет ΔТ=327°С). Такая температура может вызвать пожар, тем более, что локальная температура на внутренней боковой поверхности кожуха будет гораздо больше и тепло не сразу перейдет от этой части кожуха к мотор-генератору. Для маховика из промышленного углеродного волокна (высокопрочного) получается изменение температуры ΔT=333°C.For a fiberglass flywheel weighing 1 kg and a radius of 0.1 m in the event of an accident at maximum speed (3), if we assume that only the steel casing (normal) and the motor generator will heat up, and the glass does not conduct heat well 1 ( 1 Thermal conductivity coefficient steel is approximately 42 times greater than the thermal conductivity of the glass), then the casing and motor generator with a total mass of 2 kg will heat up to 350 ° C (from room temperature 23 ° C, and the temperature change according to (5) will be ΔТ = 327 ° C). Such a temperature can cause a fire, especially since the local temperature on the inner side surface of the casing will be much higher and the heat will not immediately pass from this part of the casing to the motor generator. For a flywheel, industrial carbon fiber (high strength) produces a temperature change of ΔT = 333 ° C.

Оценка массы воды. Итак, кольцо из стекловолокна при запасе прочности k=3 может накопить до 307 кДж/кг. Этой энергии при массе кольца 1 кг достаточно чтобы нагреть 2 кг стали на 327°С, что пожароопасно при бытовом или офисном использовании инерционного аккумулятора (327°С - температура плавления свинца). Поэтому, как уже указывалось, предлагается окружить маховик цилиндрическим слоем воды, заключенной в порах пористого металла, удельная теплоемкость которой2 (2 Причем изменение ее при нагревании до 100 С небольшое - см. график в [2, с.75, рис.21] и при увеличении давления тоже небольшое [4, с.213]) с=4,19 кДж/(кг-К), (у стали в 9 раз меньше: 0,47 кДж/(кг-К)), а удельная теплота парообразования воды при температуре кипения на три порядка (!) больше: r=2,26 МДж/кг. У других жидкостей удельная теплота парообразования меньше в 3-10 раз. У твердых тел удельная теплота парообразования может быть в несколько раз больше чем у воды (например, у алюминия г=10,9 МДж/кг (по другим данным 12 МДж/кг), у свинца r=8.6 МДж/кг, у железа r=6,34 МДж/кг, у магния г=6,0 МДж/кг), но высокая температура кипения твердых веществ сама по себе гарантирует пожар (температура кипения упомянутых выше веществ, соответственно 2500°С, 1750°С, 2735°С, 1095°С).Estimation of the mass of water. So, a fiberglass ring with a safety factor of k = 3 can accumulate up to 307 kJ / kg. This energy with a ring mass of 1 kg is enough to heat 2 kg of steel at 327 ° C, which is fire hazard when using an inertial battery for household or office use (327 ° C is the melting point of lead). Therefore, as already mentioned, it is proposed to surround the flywheel with a cylindrical layer of water enclosed in the pores of a porous metal, the specific heat of which is 2 ( 2 Moreover, its change when heated to 100 C is small - see the graph in [2, p. 75, Fig. 21] and with increasing pressure it is also small [4, p.213]) c = 4.19 kJ / (kg-K), (9 times less in steel: 0.47 kJ / (kg-K)), and specific heat the vaporization of water at a boiling point is three orders of magnitude (!) greater: r = 2.26 MJ / kg. For other liquids, the specific heat of vaporization is 3-10 times less. For solids, the specific heat of vaporization can be several times greater than for water (for example, for aluminum, r = 10.9 MJ / kg (according to other sources, 12 MJ / kg), for lead r = 8.6 MJ / kg, for iron r = 6.34 MJ / kg, for magnesium g = 6.0 MJ / kg), but the high boiling point of solids alone guarantees a fire (boiling point of the above substances, respectively 2500 ° C, 1750 ° C, 2735 ° C , 1095 ° C).

Кинетическая энергия Еk маховика пойдет на нагрев воды, на парообразование, а так же на нагрев массы металла пористого слоя и защитного кольца (нагрев композитного корпуса ЗУ не учитываем). Тогда, считая что пористый слой и защитное кольцо изготовлены из одного металла, получим:The kinetic energy Еk of the flywheel will be used for heating water, for vaporization, as well as for heating the mass of metal in the porous layer and the protective ring (we do not take into account the heating of the composite housing of the charger). Then, considering that the porous layer and the protective ring are made of one metal, we obtain:

Ek=cρmΔTв+rm+с(mnc+mзk)ΔTв E k = c ρ mΔT in + rm + s (m nc + m Зk ) ΔT in

гдеWhere

сp - удельная теплоемкость воды при постоянном давлении; m - масса воды;with p - specific heat of water at constant pressure; m is the mass of water;

ΔTв - изменение ее температуры от начальной до температуры кипения;ΔT in - change in its temperature from initial to boiling point;

r - удельная теплота парообразования;r is the specific heat of vaporization;

с - удельная теплоемкость металла пористого слоя и защитного кольца;C is the specific heat of the metal of the porous layer and the protective ring;

mnc - масса металла пористого слоя;m nc is the mass of the metal of the porous layer;

mзк - масса защитного кольца.m zk - the mass of the protective ring.

Для того чтобы в случае аварии превратить в пар всю кинетическую энергию такого маховика потребуется масса водыIn order to turn all kinetic energy of such a flywheel into steam in the event of an accident, a mass of water is required

Даже без учета нагрева металла пористого слоя и защитного кольца по (6) получается от =0,307-106/(4,19-103-80+2,26-106)=0,118 кг воды и это при массе самого маховика 1 кг. То есть водяной пар является хорошим тепловым аккумулятором. При использовании стального пористого слоя и стального защитного кольца второе слагаемое в числителе (6) не превышает 2% от г.Even without taking into account the heating of the metal of the porous layer and the protective ring according to (6), it turns out from = 0.307-10 6 / (4.19-10 3 -80 + 2.26-10 6 ) = 0.118 kg of water and this with the mass of the flywheel 1 kg That is, water vapor is a good thermal battery. When using a steel porous layer and a steel protective ring, the second term in the numerator (6) does not exceed 2% of g.

Чем выше температура воздуха, тем меньше ΔТв (до 100°С), и немного больше требуемая масса воды в порах (слагаемое сρΔТв составляет примерно 15% от г).The higher the air temperature, the less ΔТ in (up to 100 ° С), and a slightly larger required mass of water in the pores (the term with ρ ΔТ in is about 15% of g).

Оценка размеров пористого слоя. Пусть грубо масса воды составляет 1/10 массы обода маховика из стекловолокна без связующего. Если бы их плотности были равны и равны плотности воды, то воды нужно было бы взять 1/10 объема стекла (фиг.3а). Поскольку плотность стекла в 2,5 раза больше плотности воды, то и масса одинакового объема во столько же раз больше и воды потребуется в 2,5 раза больше по объему (фиг.36). Если вода по объему составляет половину объема пористого слоя (но может быть и меньше), то потребуется объем пористого слоя с водой, равный 1/2 объема стекла (фиг.3в). И наконец, нужно учесть, что стекловолокно занимает больший объем, чем стекло при одинаковой массе, который зависит от диаметра волокон. Если объем стекловолокна в 2 раза больше, чем объем стекла той же массы, то объем пористого слоя будет равен 1/4 объема стекловолокна (фиг.3г), т.е. пористый слой достаточно тонкий. Выделим сектор, в котором располагаются стекловолокно и пористый слой. Так как пористый слой находится дальше от центра, то на срезе плоскостью, проходящей через ось вращения маховика, площадь сечения пористого слоя будет меньше чем 1/4 площади сечения стекловолокна за счет большей длины дуги окружности. Но толщину пористого слоя все-таки желательно взять несколько больше, т.к. кроме стекловолокна может разрушиться металлический обод, к которому крепится стекловолокно и металлический диск маховика (у них меньше скорость, но куски могут быть крупнее). Однако за пористым слоем располагается защитное кольцо, благодаря которому толщину пористого слоя можно, в принципе, брать меньше. В случае разрушения ступицы с постоянными магнитами их осколки будут завакуума в кожухе сравнительно небольшой. Поэтому клапаны сработают, и пар будет некоторое время выходить через них, унося с собой и рассеивая в атмосфере энергию маховика, а при втором варианте исполнения еще и создавая реактивный момент для остановки махового агрегата, раскрученного переданным осколками моментом импульса.Estimation of the size of the porous layer. Let the rough mass of water be 1/10 the mass of the rim of a flywheel made of fiberglass without a binder. If their densities were equal and equal to the density of water, then water would need to take 1/10 of the volume of glass (figa). Since the density of the glass is 2.5 times greater than the density of water, then the mass of the same volume is the same times as much and water will be required 2.5 times more in volume (Fig. 36). If the water volume is half the volume of the porous layer (but may be less), then the volume of the porous layer with water equal to 1/2 the volume of the glass will be required (Fig.3c). And finally, it must be taken into account that fiberglass occupies a larger volume than glass with the same mass, which depends on the diameter of the fibers. If the volume of fiberglass is 2 times larger than the volume of glass of the same mass, then the volume of the porous layer will be equal to 1/4 of the volume of fiberglass (Fig. 3d), i.e. the porous layer is quite thin. Select the sector in which the fiberglass and the porous layer are located. Since the porous layer is located farther from the center, on a section by a plane passing through the axis of rotation of the flywheel, the cross-sectional area of the porous layer will be less than 1/4 of the cross-sectional area of the glass fiber due to the longer arc circle. But the thickness of the porous layer is still desirable to take a little more, because in addition to fiberglass, the metal rim to which the fiberglass and the flywheel metal disk is attached can be destroyed (they have less speed, but the pieces can be larger). However, behind the porous layer there is a protective ring, due to which the thickness of the porous layer can, in principle, be taken less. In case of destruction of the hub with permanent magnets, their fragments will be a small vacuum in the casing. Therefore, the valves will work and steam will escape through them for some time, taking away and dissipating the energy of the flywheel in the atmosphere, and in the second embodiment, also creating a reactive moment to stop the flywheel assembly, spun momentum transmitted by the fragments.

Преимущества. Предлагаемое ЗУ позволяет более широко использовать преимущества инерционного аккумулятора.Benefits. The proposed memory allows you to more widely use the advantages of an inertial battery.

Основные преимущества инерционного аккумулятора по сравнению с электрохимическим: 1) большой срок службы; 2) емкость не зависит от времени, т.е. от числа циклов зарядки-разрядки; 3) возможность быстрой зарядки и разрядки, т.е. большая мощность зарядки (что удобно для автотранспорта) и разрядки; 4) достаточно большая емкость; 5) высокий КПД (при достаточно большой мощности используемой электрической машины); 6) абсолютная экологическая чистота (нет химических испарений).The main advantages of an inertial battery compared to an electrochemical one are: 1) long service life; 2) the capacity does not depend on time, i.e. from the number of charge-discharge cycles; 3) the ability to quickly charge and discharge, i.e. high power charging (which is convenient for vehicles) and discharge; 4) a sufficiently large capacity; 5) high efficiency (with a sufficiently large power of the used electric machine); 6) absolute environmental cleanliness (no chemical fumes).

Использование в защитном кожухе пористого слоя с порами, заполненными водой может открыть путь для более широкого использования инерционного аккумулятора как в подвижных, так и в неподвижных объектах, включая пожароопасные, вплоть до применения в быту и в офисе (UPS компьютера, аварийное освещение квартиры, офиса и т.п.)..The use of a porous layer with pores filled with water in the protective casing can open the way for wider use of the inertial accumulator in both moving and stationary objects, including fire hazard ones, up to application in everyday life and in the office (computer UPS, emergency lighting of an apartment, office etc.)..

Использование разделенной на две зеркально симметричные части электрической машины позволяет добиться той же компактности что и при использовании торцевой электрической машины [5], [6] но без недостатков торцевых электрических машин, описанных в [7, с.25-26]. Кроме того, при использовании такой электрической машины обеспечивается такая же защита от разрушения ступицы маховика как описанная в US 20060117904 А1 (опубл. 2006.06.08), обеспечиваемая там специальным экраном.The use of an electric machine divided into two mirror-symmetric parts allows achieving the same compactness as when using an end electric machine [5], [6] but without the disadvantages of end electric machines described in [7, pp. 25-26]. In addition, when using such an electric machine, the same protection against destruction of the flywheel hub as described in US 20060117904 A1 (publ. 2006.06.08), provided there by a special screen, is provided.

ЛитератураLiterature

1. Джента Дж. Накопление кинетической энергии. Теория и практика современных маховичных систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 430 с, ил.1. Genta J. The accumulation of kinetic energy. Theory and practice of modern flywheel systems: Per. from English - M .: Mir, 1988 .-- 430 s, ill.

2. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М., Наука, 1974.2. Koshkin N.I., Shirkevich M.G. Handbook of elementary physics. - M., Science, 1974.

3. Любошиц М.И., Ицкович Г.М. Справочник по сопротивлению материалов. Минск, «Вышейш. школа», 1969. Глава 14. Задачи динамики в сопротивлении материалов. §14.1. Определение напряжений при заданных ускорениях (с.420).3. Lyuboshits M.I., Itskovich G.M. Handbook of resistance to materials. Minsk, “Highest. school ", 1969. Chapter 14. Problems of dynamics in the resistance of materials. §14.1. Determination of stresses at given accelerations (p. 420).

4. Физические величины: Справочник / А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина, A.M.Гратковский и др. Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.4. Physical quantities: Reference book / A.P. Babichev, N. A. Babushkina, A. M. Gratkovsky and others. Ed. I.S. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. - M .: Energoatomizdat, 1991 .-- 1232 p.

5. Кирко И.М., Кирко Г.Е. Маховик как накопитель и преобразователь энергии, http://www.skif.biz/index,php?name=Pages&op=page&pidr=128. - [1998].5. Kirko I.M., Kirko G.E. Flywheel as an energy storage and converter, http://www.skif.biz/index,php?name=Pages&op=page&pid r = 128. - [1998].

6. RU 2417504 CI, опубликовано 27.04.2011.6. RU 2417504 CI, published on 04/27/2011.

7. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 168 с.7. Ledovsky A.N. Electric machines with highly coercive permanent magnets. - M .: Energoatomizdat, 1985 .-- 168 p.

8. Справочник физических величин. / А.В.Бологое, И.В.Кожухов и др. Под ред. проф. Г.А.Рябинина.- СПб., Лениздат; Издательство «Союз», 2001. - 160 с.8. Handbook of physical quantities. / A.V. Bologoe, I.V. Kozhukhov and others. Ed. prof. G.A. Ryabinin .-- St. Petersburg, Lenizdat; Soyuz Publishing House, 2001. - 160 p.

Claims (4)

1. Защитное устройство супермаховика, содержащее цилиндрический корпус, изготовленный из композитного материала, в котором создается вакуум; супермаховик; вал; подшипники; защитное кольцо, изготовленное из прочного материала и установленное внутри корпуса с возможностью проворачивания относительно него, отличающееся тем, что возможность проворачивания защитного кольца относительно корпуса осуществляется за счет металлических игл и роликов, установленных на двух металлических кольцах-экранах, которые установлены между защитным кольцом и корпусом, а по торцам корпуса захватывают весь обод маховика; защитное устройство содержит слой прочного пористого металла с порами, заполненными водой, установленный на защитное кольцо с его внутренней стороны, причем пористый металл покрыт со стороны обода маховика тонким разделяющим слоем металла, а со всех других сторон более толстым разделяющим слоем металла; защитное устройство содержит не менее одного клапана на каждом плоском торце корпуса, каждый клапан приварен (приклеен) к корпусу тонким герметичным швом с внешней стороны корпуса; над каждым клапаном установлены по две скрещенные скобы, закрепленные на внешней стороне корпуса; защитное устройство содержит мотор-генератор, разделенный диском маховика на две зеркально симметричные части; оба статора мотор-генератора установлены изнутри на плоские торцы корпуса с обеих сторон от диска маховика и содержат систему охлаждения; оба ротора мотор-генератора выполнены на постоянных магнитах заодно со ступицей маховика по обе стороны диска маховика.1. A protective device of a super-flywheel, comprising a cylindrical body made of a composite material in which a vacuum is created; super flywheel; shaft; bearings; a protective ring made of durable material and mounted inside the housing with the possibility of rotation relative to it, characterized in that the ability to rotate the protective ring relative to the housing is carried out by metal needles and rollers mounted on two metal ring screens that are installed between the protective ring and the housing , and at the ends of the body they capture the entire rim of the flywheel; the protective device comprises a layer of durable porous metal with pores filled with water mounted on the protective ring on its inner side, and the porous metal is coated on the side of the flywheel rim with a thin separating layer of metal, and on all other sides with a thicker separating metal layer; the protective device contains at least one valve on each flat end of the body, each valve is welded (glued) to the body with a thin sealed seam from the outside of the body; each valve has two crossed brackets mounted on the outside of the body; the protective device comprises a motor generator divided by a flywheel disk into two mirror-symmetric parts; both stators of the motor generator are installed inside on the flat ends of the housing on both sides of the flywheel disk and contain a cooling system; both rotors of the motor generator are made with permanent magnets at the same time with the flywheel hub on both sides of the flywheel disk. 2. Защитное устройство супермаховика, содержащее цилиндрический корпус, изготовленный из композитного материала, в котором создается вакуум; супермаховик; вал; подшипники; защитное кольцо, изготовленное из прочного материала и установленное на внутренней боковой поверхности корпуса, отличающееся тем, что защитное устройство содержит слой прочного пористого металла с порами, заполненными водой, установленный на защитное кольцо с его внутренней стороны и охватывающий обод волоконного маховика, причем пористый металл покрыт со стороны маховика тонким разделяющим слоем металла, а со всех других сторон более толстым разделяющим слоем металла; защитное устройство содержит не менее одного клапана на каждом плоском торце корпуса, каждый клапан приварен (приклеен) к корпусу тонким герметичным швом с внешней стороны корпуса; снаружи на каждый клапан установлен патрубок, прикрепленный к внешней стороне корпуса, расположенный радиально и имеющий около края корпуса отверстие (сопло) с осью, направленной по касательной к корпусу, смотрящее в сторону вращения маховика, и диаметром, меньшим или равным диаметру отверстия клапана; внутри патрубка вокруг клапана установлены стержни, ограничивающие и одновременно направляющие движение клапана, и которые выполнены заодно с корпусом патрубка; осевое движение клапана ограничивается пружиной, упирающейся в дно патрубка, несжатой до срабатывания клапана; защитное устройство содержит мотор-генератор, разделенный диском маховика на две зеркально симметричные части; оба статора мотор-генератора установлены изнутри на плоские торцы корпуса с обеих сторон от диска маховика и содержат систему охлаждения; оба ротора мотор-генератора выполнены на постоянных магнитах заодно со ступицей маховика по обе стороны диска маховика; весь корпус защитного устройства установлен в U-образной опоре на оси с возможностью вращения относительно нее.2. A protective device of a super-flywheel comprising a cylindrical body made of a composite material in which a vacuum is created; super flywheel; shaft; bearings; a protective ring made of durable material and mounted on the inner side surface of the housing, characterized in that the protective device comprises a layer of durable porous metal with pores filled with water, mounted on the protective ring on its inside and covering the rim of the fiber flywheel, and the porous metal is coated on the flywheel side with a thin separating layer of metal, and on all other sides with a thicker separating layer of metal; the protective device contains at least one valve on each flat end of the body, each valve is welded (glued) to the body with a thin sealed seam from the outside of the body; on the outside, a valve is mounted on each valve, attached to the outer side of the body, located radially and having an opening (nozzle) near the edge of the body with an axis directed tangentially to the body, looking in the direction of rotation of the flywheel, and a diameter less than or equal to the diameter of the valve opening; inside the nozzle around the valve there are rods that limit and at the same time guide the movement of the valve, and which are made integral with the nozzle body; the axial movement of the valve is limited by a spring resting against the bottom of the nozzle, uncompressed until the valve is activated; the protective device comprises a motor generator divided by a flywheel disk into two mirror-symmetric parts; both stators of the motor generator are installed inside on the flat ends of the housing on both sides of the flywheel disk and contain a cooling system; both rotors of the motor generator are made with permanent magnets at the same time with the flywheel hub on both sides of the flywheel disk; the entire body of the protective device is mounted in a U-shaped support on the axis with the possibility of rotation relative to it. 3. Защитное устройство супермаховика по п.2, отличающееся тем, что весь корпус защитного устройства установлен в нескольких соединенных звездой U-образных опорах с общей осью с возможностью вращения относительно нее.3. The protective device of the super-flywheel according to claim 2, characterized in that the entire body of the protective device is mounted in several star-connected U-shaped supports with a common axis with the possibility of rotation relative to it. 4. Защитное устройство супермаховика по п.2, отличающееся тем, что весь корпус защитного устройства установлен в раме на оси с возможностью вращения относительно нее.
Figure 00000001
4. The protective device of the super-flywheel according to claim 2, characterized in that the entire housing of the protective device is mounted in the frame on the axis with the possibility of rotation relative to it.
Figure 00000001
RU2012107043/11U 2012-02-27 2012-02-27 SUPERFLOW PROTECTOR (OPTIONS) RU118706U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012107043/11U RU118706U1 (en) 2012-02-27 2012-02-27 SUPERFLOW PROTECTOR (OPTIONS)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012107043/11U RU118706U1 (en) 2012-02-27 2012-02-27 SUPERFLOW PROTECTOR (OPTIONS)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU118706U1 true RU118706U1 (en) 2012-07-27

Family

ID=46851086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012107043/11U RU118706U1 (en) 2012-02-27 2012-02-27 SUPERFLOW PROTECTOR (OPTIONS)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU118706U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2647874B1 (en) Lightweight composite safety containment for flywheel energy storage
EP2647873B1 (en) A flywheel
US8808096B2 (en) Flywheel
RU2291541C2 (en) Flywheel energy storage system
JP5789594B2 (en) Flywheel
WO2000067356A2 (en) Flywheel energy storage apparatus with braking capability
AU2002326878A1 (en) Flywheel energy storage systems
US20130152728A1 (en) High speed conical flywheel system
EP3217521A1 (en) Eddy current type heating device
EP3217762A1 (en) Eddy-current heating device
EP1726787A2 (en) Containment casing for an aircraft engine
RU118706U1 (en) SUPERFLOW PROTECTOR (OPTIONS)
US11015678B2 (en) Flywheel energy storage device
Ha et al. Design and manufacture of a composite flywheel press-fit multi-rim rotor
Choudhary et al. Design optimization of flywheel of thresher using FEM
EP1931014A2 (en) High speed aerospace generator resilient mount
RU108804U1 (en) RETAINING DEVICE FOR RIPPED BLADES AND FRAGMENTS OF TURBIN WHEELS
Li et al. A review of critical issues in the design of lightweight flywheel rotors with composite materials
RU2713496C2 (en) Flywheel unit with damping device
CN106321523A (en) Fan vibration reducing structure and fan with vibration reducing structure
EP2964974B1 (en) High speed conical flywheel system
JP6672839B2 (en) Eddy current heating device
Burgess et al. The development of a novel rotary damping mechanism for aerospace deployment systems
WO2013117949A1 (en) High efficiency radioisotope thermodynamic electrical generator
GB2459110A (en) Flywheel containment

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20130228