RU121882U1

RU121882U1 - Flywheel energy store

Info

Publication number: RU121882U1
Application number: RU2012122569/11U
Authority: RU
Inventors: Нурбей Владимирович Гулиа
Original assignee: Кацай Александр Владимирович
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2012-11-10

Abstract

1. Маховичный накопитель энергии, включающий маховик, зафиксированный в корпусе на подшипниках, с выводом валов по обе стороны корпуса, отличающийся тем, что подшипники расположены между внутренней цилиндрической поверхностью отверстия в центре маховика и внешней цилиндрической поверхностью двух трубчатых деталей корпуса, введенных с зазором между их торцами с двух сторон в отверстие маховика, а вывод вращения от маховика выполнен через кинематическую связь середины внутренней поверхности отверстия в центре маховика с валом, проходящим с зазором внутри трубчатых частей корпуса и выходящим по обе стороны торцов корпуса маховика. ! 2. Маховичный накопитель энергии по п.1, отличающийся тем, что кинематическая связь вала с серединой внутренней поверхности отверстия в центре маховика выполнена с возможностью некоторого углового и осевого перемещения вала относительно маховика. ! 3. Маховичный накопитель энергии по п.1, отличающийся тем, что кинематическая связь вала с серединой внутренней поверхности отверстия в центре маховика выполнена в виде зубчатой муфты. ! 4. Маховичный накопитель энергии по п.1, отличающийся тем, что маховик выполнен в виде нескольких ободов, соединенных со ступицами коническими дисками, причем ступицы зафиксированы на общей втулке, а со стороны торца крайнего обода маховика, смещенного к центру благодаря коническому диску, на корпусе установлены электроизолированные контактные поверхности, с которыми соприкасается торец обода при выпрямлении конических дисков при вращении маховика с недозволенно большой частотой. 1. Flywheel energy storage, including a flywheel fixed in the housing on bearings, with the output of the shafts on both sides of the housing, characterized in that the bearings are located between the inner cylindrical surface of the hole in the center of the flywheel and the outer cylindrical surface of two tubular body parts introduced with a gap between their ends on both sides into the flywheel hole, and the rotation output from the flywheel is made through the kinematic connection of the middle of the inner surface of the hole in the center of the flywheel with a shaft passing with a gap inside the tubular parts of the housing and coming out on both sides of the flywheel housing ends. ! 2. Flywheel energy storage device according to claim 1, characterized in that the kinematic connection of the shaft with the middle of the inner surface of the hole in the center of the flywheel is made with the possibility of some angular and axial movement of the shaft relative to the flywheel. ! 3. Flywheel energy storage device according to claim 1, characterized in that the kinematic connection of the shaft with the middle of the inner surface of the hole in the center of the flywheel is made in the form of a toothed clutch. ! 4. Flywheel energy storage device according to claim 1, characterized in that the flywheel is made in the form of several rims connected to the hubs by conical discs, and the hubs are fixed on a common bushing, and from the side of the end face of the extreme rim of the flywheel, offset to the center due to the conical disc, on the housing has electrically insulated contact surfaces with which the rim end comes into contact when the tapered discs are straightened when the flywheel is rotating at an unacceptably high frequency.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в энергетике.The utility model relates to the field of mechanical engineering and can be used in the energy sector.

Уровень техникиState of the art

Известна конструкция маковичного накопителя энергии, включающая маховик, зафиксированный в корпусе на подшипниках с выводом валов по обе стороны корпуса (см. книгу Н.В.Гулиа «Маховичные двигатели», М., Машиностроение, 1976, стр.93, рис 60, где изображен маховик гировоза в корпусе). Данная конструкция принята за прототип.A known design of a poppy energy storage device, including a flywheel, fixed in a housing on bearings with output shafts on both sides of the housing (see N.V. Gulia's book “Flywheel Engines”, M., Mechanical Engineering, 1976, p. 93, Fig. 60, where the flywheel of a gyrocar in the body is shown). This design is taken as a prototype.

Конструкция прототипа имеет недостаток, заключающийся в том, что в ней не может быть использован маховик с достаточно крупным отверстием в центре, например, изготовленный из железнодорожного колеса. Такой маховик достаточно дешев благодаря массовости производства этих изделий и, кроме того, прочен и надежен благодаря особенностям изготовления и контроля - колеса производятся цельнокатаными и проходят дефектоскопирование. Кроме того, коническая форма диска такого маховика позволяет избежать разрыва обода благодаря его осевому перемещению. Далее, в конструкции прототипа невозможно применить большое количество подшипников, чтобы повысить их надежность и долговечность, а также получить независимость углового и осевого перемещения вала от зафиксированного положения маховика и корпуса.The design of the prototype has the disadvantage that it cannot be used in a flywheel with a sufficiently large hole in the center, for example, made of a railway wheel. Such a flywheel is cheap enough due to the mass production of these products and, in addition, is durable and reliable due to the features of manufacture and control - the wheels are made of solid-rolled and pass inspection. In addition, the conical shape of the disk of such a flywheel avoids rupture of the rim due to its axial movement. Further, in the design of the prototype it is impossible to use a large number of bearings to increase their reliability and durability, as well as to obtain independence of the angular and axial movement of the shaft from the fixed position of the flywheel and the housing.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей полезной модели является создание маховичного накопителя энергии с выводом валов по обе стороны корпуса, использующего в качестве маховика прочное и надежное цельнокатаное железнодорожное колесо, имеющее диск конической формы, позволяющий избежать разрыва обода маховика благодаря его осевому перемещению при вращении и самоторможению при недозволенной частоте вращения.The objective of the utility model is to create a flywheel energy storage device with output shafts on both sides of the casing, using a solid and reliable solid-rolled railway wheel with a conical disk as a flywheel, which avoids rupture of the flywheel rim due to its axial movement during rotation and self-braking at an unacceptable speed.

Указанная задача решается тем, что предложен маховичный накопитель энергии, включающий маховик, зафиксированный в корпусе на подшипниках с выводом валов по обе стороны корпуса, характеризующийся тем, что подшипники расположены между внутренней цилиндрической поверхностью отверстия в центре маховика и внешней цилиндрической поверхностью двух трубчатых деталей корпуса, введенных с зазором между их торцами с двух сторон в отверстие маховика, а вывод вращения от маховика выполнен через кинематическую связь середины внутренней поверхности отверстия в центре маховика с валом, проходящим с зазором внутри трубчатых частей корпуса и выходящими по обе стороны торцов корпуса маховика.This problem is solved by the fact that a flywheel energy storage device is proposed, including a flywheel fixed in a housing on bearings with output shafts on both sides of the housing, characterized in that the bearings are located between the inner cylindrical surface of the hole in the center of the flywheel and the outer cylindrical surface of two tubular parts of the housing, introduced with a gap between their ends from two sides into the flywheel hole, and the rotation output from the flywheel is made through the kinematic connection of the middle of the inner surface These holes are in the center of the flywheel with a shaft passing with a clearance inside the tubular parts of the housing and extending on both sides of the ends of the flywheel housing.

Следующим отличием предложенного устройства является то, что кинематическая связь вала с серединой внутренней поверхности отверстия в центре маховика выполнена с возможностью некоторого углового и осевого перемещения вала относительно маховика.Another difference of the proposed device is that the kinematic connection of the shaft with the middle of the inner surface of the hole in the center of the flywheel is made with the possibility of some angular and axial movement of the shaft relative to the flywheel.

Еще одним отличием предложенного устройства является то, что кинематическая связь вала с серединой внутренней поверхности отверстия в центре маховика выполнена в виде зубчатой муфты.Another difference of the proposed device is that the kinematic connection of the shaft with the middle of the inner surface of the hole in the center of the flywheel is made in the form of a gear clutch.

Еще одним отличием предложенного устройства является то, что маховик выполнен в виде нескольких ободов, соединенных со ступицами коническими дисками, причем, ступицы зафиксированы на общей втулке, а со стороны торца крайнего обода маховика, смещенного к центру благодаря коническому диску, на корпусе установлены электроизолированные контактные поверхности, с которыми соприкасается торец обода при выпрямлении конических дисков при вращении маховика с недозволенно большой частотой.Another difference of the proposed device is that the flywheel is made in the form of several rims connected to the hubs with conical disks, moreover, the hubs are fixed on a common sleeve, and from the side of the end of the extreme rim of the flywheel, offset to the center due to the conical disk, electrically insulated contact surfaces with which the end face of the rim is in contact when straightening conical disks during rotation of the flywheel with an unacceptably high frequency.

Указанные отличия позволяют создать маховичный накопитель с выводом валов по обе стороны корпуса с использованием в качестве маховика набора цельнокатаных железнодорожных колес, подвергнутых механической обработке. Использование железнодорожных колес в качестве маховика не является ограничением полезной модели. Маховик может быть изготовлен специально в соответствии с требованиями, предъявляемыми к маховичному накопителю энергии.These differences make it possible to create a flywheel drive with output shafts on both sides of the housing using a set of solid-rolled railway wheels machined as a flywheel. The use of railway wheels as a flywheel is not a limitation of the utility model. The flywheel can be made specifically in accordance with the requirements for the flywheel energy storage device.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - конструктивная схема маховичного накопителя.Figure 1 - structural diagram of a flywheel drive.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

На фиг.1 представлен продольный разрез маховичного накопителя, включающего маховик 1 (обведен штрихпунктирной линией), составленный из нескольких конических дисков 2 с ободами 3 и ступицами 4, посаженный ступицами 4 на общую втулку 5 и зафиксированный на нем крышками 6. Между внутренней цилиндрической поверхностью отверстия в центре маховика 1 (и что одно и то же - в общей втулке 5) и внешней цилиндрической поверхностью двух трубчатых деталей 7 торцов корпуса 8, введенных с зазором между их торцами с двух сторон в отверстие в маховике 1 (и что одно и то же - в общей втулке 5) расположены подшипники 9, зафиксированные в осевом направлении в общей втулке 5. В зазоре между торцами трубчатых деталей 7 на общей втулке 5 выполнена зубчатая полумуфта 10 с зубьями внутреннего зацепления, входящего в зацепление с зубчатой полумуфтой 11 с зубьями внешнего зацепления на валу 12, выходящем по обе стороны торцов корпуса 8 маховика 1. Полумуфта 11 ограничена в осевом перемещении шайбами 13 на общей втулке 5. Торцы корпуса 8 соединены между собой цилиндрической стенкой корпуса 14 с фланцами 15. На одном из торцов корпуса 8, расположенном со стороны торца крайнего левого обода 3 на фиг.1, смещенного к центру маховика благодаря коническим дискам 2, установлены по окружности контактные поверхности, например, в виде отдельных цилиндрических стержней со шляпками 16, изготовленными из токопроводящего материала с повышенными фрикционными свойствами (например, применяемого в автомобильных сцеплениях и дисковых тормозах), и связанных с корпусом 8 через электроизолирующую втулку 17.Figure 1 shows a longitudinal section of a flywheel drive including a flywheel 1 (circled by a dot-dash line), composed of several conical disks 2 with rims 3 and hubs 4, planted by hubs 4 on a common sleeve 5 and fixed on it by covers 6. Between the inner cylindrical surface holes in the center of the flywheel 1 (and that is the same thing in the common sleeve 5) and the outer cylindrical surface of the two tubular parts 7 of the ends of the housing 8, inserted with a gap between their ends on both sides of the hole in the flywheel 1 (and that one the same - in the common bushing 5) there are bearings 9, axially fixed in the common bushing 5. In the gap between the ends of the tubular parts 7 on the common bushing 5 there is a gear coupling 10 with internal gearing teeth engaged with the gear coupling 11 with teeth external gearing on the shaft 12, extending on both sides of the ends of the housing 8 of the flywheel 1. The coupling half 11 is limited in axial movement by the washers 13 on the common sleeve 5. The ends of the housing 8 are interconnected by a cylindrical wall of the housing 14 with the flanges 15. At one of the ends housing 8, located on the side of the end of the leftmost rim 3 in figure 1, offset to the center of the flywheel due to the conical disks 2, are mounted on the circumference of the contact surface, for example, in the form of individual cylindrical rods with caps 16 made of conductive material with increased frictional properties (for example, used in automotive clutches and disc brakes), and associated with the housing 8 through an electrical insulating sleeve 17.

Работа устройстваDevice operation

При вращении маховика 1 его сила тяжести распределяется между большим числом подшипников 9, что позволяет выполнить их малого диаметра и легких серий - это снижает сопротивление вращению, особенно, если подшипники выполнены каскадными, какие часто применяются в качестве опор маховиков. Подшипники 9 зафиксированы от перемещения в осевом направлении, что позволяет приложить к торцу обода 3 (крайнего слева на фиг.1) силу со стороны стрежней со шляпками 16 при упругой деформации конических дисков 2 и продвижении ободов 3 влево (на фиг.1) при быстром вращении маховика 1, что представлено штриховой линией. Это осевое продвижение обода 3 подтверждено экспериментальными исследованиями автора и прочностными расчетами. При недозволенно высокой частоте вращения маховика 1 торец крайнего левого обода 3 касается электроизолированных стержней со шляпками 16, что приводит к срабатыванию электронной системы любого типа, прекращающей разгон маховика 1 (на фиг.1 не представлена), а также к механическому торможению маховика 1 за счет трения торца обода 3 о шляпки стержней 16. Вращение маховика 1 и его замедление при отдаче энергии осуществляется валом 12 через зубчатую компенсирующую перекосы муфту из полумуфт 10 и 11. Благодаря выходу вала 12 по обе стороны торцов 8 корпуса вращение может передаваться последовательно маховичным накопителям энергии, объединенным торцевыми сторонами в батарею из нескольких накопителей.When the flywheel 1 rotates, its gravity is distributed between a large number of bearings 9, which allows them to be made of small diameter and light series - this reduces the rotation resistance, especially if the bearings are cascaded, which are often used as bearings for flywheels. The bearings 9 are fixed from displacement in the axial direction, which makes it possible to apply to the end of the rim 3 (leftmost in Fig. 1) the force from the rods with caps 16 during elastic deformation of the conical disks 2 and the movement of the rims 3 to the left (in Fig. 1) with fast rotation of the flywheel 1, which is represented by a dashed line. This axial advancement of the rim 3 is confirmed by experimental studies of the author and strength calculations. At an unacceptably high frequency of rotation of the flywheel 1, the end face of the extreme left rim 3 touches the electrically insulated rods with caps 16, which leads to the operation of an electronic system of any type that stops the acceleration of the flywheel 1 (not shown in Fig. 1), as well as to mechanical braking of the flywheel 1 due to the friction of the end of the rim 3 about the hats of the rods 16. The rotation of the flywheel 1 and its deceleration during energy transfer is carried out by the shaft 12 through a gear compensating distortions coupling from the coupling halves 10 and 11. Due to the output of the shaft 12 on both sides of the ends 8 of the housing This rotation can be transmitted sequentially to the flywheel energy storage devices, united by the end faces into a battery of several storage devices.

Claims

1. A flywheel energy storage device, comprising a flywheel fixed in a housing on bearings, with shafts on both sides of the housing, characterized in that the bearings are located between the inner cylindrical surface of the hole in the center of the flywheel and the outer cylindrical surface of two tubular parts of the housing inserted with a gap between with their ends on both sides of the flywheel hole, and the rotation output from the flywheel is made through the kinematic connection of the middle of the inner surface of the hole in the center of the flywheel with the shaft, passing m with clearance inside the tubular parts of the housing and facing the end faces on both sides of the flywheel housing.

2. The flywheel energy storage device according to claim 1, characterized in that the kinematic connection of the shaft with the middle of the inner surface of the hole in the center of the flywheel is made with the possibility of some angular and axial movement of the shaft relative to the flywheel.

3. The flywheel energy storage device according to claim 1, characterized in that the kinematic connection of the shaft with the middle of the inner surface of the hole in the center of the flywheel is made in the form of a gear clutch.

4. The flywheel energy storage device according to claim 1, characterized in that the flywheel is made in the form of several rims connected to the hubs with conical disks, the hubs being fixed on a common sleeve, and on the side of the end of the extreme rim of the flywheel, offset to the center by the conical disk, by the housing has electrically insulated contact surfaces with which the end face of the rim is in contact with the straightening of the conical disks during rotation of the flywheel with an unacceptably high frequency.