RU176637U1

RU176637U1 - TAPE FLYWHEEL

Info

Publication number: RU176637U1
Application number: RU2017114942U
Authority: RU
Inventors: Нурбей Владимирович Гулиа; Александр Иванович Лаврентьев; Кирилл Георгиевич Могилевский
Original assignee: Зотов Алексей Вячеславович
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2018-01-24

Abstract

Устройство позволяет обеспечить улучшенную балансировку. Указанный технический результат достигается тем, что устройство содержит диск, установленный на валу и выполненный в виде шайбы. Во внешней цилиндрической поверхности шайбы выполнен паз. В пазу расположено упругое кольцо. Обод выполнен из навитой ленты со скрепленными между собой витками и установлен снаружи упругого кольца. Наружная поверхность упругого кольца расположена вровень с внешней цилиндрической поверхностью шайбы. Введены балансировочные элементы, установленные поперечно и расположенные по окружности в упругом кольце, и сопряженные с наружной периферийной поверхностью упругого кольца и с внутренней поверхностью обода с возможностью их радиального перемещения при вращении вала. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.The device allows for improved balancing. The specified technical result is achieved in that the device comprises a disk mounted on the shaft and made in the form of a washer. A groove is made in the outer cylindrical surface of the washer. An elastic ring is located in the groove. The rim is made of a wound tape with coils fastened together and mounted outside the elastic ring. The outer surface of the elastic ring is flush with the outer cylindrical surface of the washer. Introduced balancing elements mounted transversely and located around a circle in the elastic ring, and paired with the outer peripheral surface of the elastic ring and with the inner surface of the rim with the possibility of their radial movement during rotation of the shaft. 3 s.p. f-ly, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в различных отраслях промышленности, в частности в энергетике. Известен супермаховик, содержащий ступицу, выполненную в виде диска, барабан, выполненный корытообразным, расположенным на периферии диска ступицы, и обод, выполненный в виде витков проволоки, навитой с натягом на внутреннюю поверхность барабана (RU, U1, №142820, F16F 15/30, опубл. 10.07.2014).The utility model relates to the field of engineering and can be used in various industries, in particular in the energy sector. A well-known super-flywheel containing a hub made in the form of a disk, a drum made of a trough, located on the periphery of the hub disk, and a rim made in the form of turns of wire wound with an interference fit on the inner surface of the drum (RU, U1, No. 142820, F16F 15/30 published on 07/10/2014).

В этом устройстве на периферии диска ступицы выполнены выступы, равномерно расположенные вдоль окружности периферии диска и разделенные между собой радиальными прорезями. Барабан выполнен составным из накладок, обращенные наружу поверхности которых выполнены с поперечным сечением в форме равнобедренной трапеции, большее основание которой расположено снаружи, меньшее основание - дно накладки, а боковые стороны - боковые внутренние стенки накладки. Каждая из накладок в направлении центра диска ступицы снабжена двумя боковыми выступами, разделенными центральным пазом, и каждая из накладок установлена своим центральным пазом на выступе диска ступицы, а боковыми выступами - в соседних радиальных прорезях диска ступицы. В диске выполнены фасонные прорези, каждая из которых расположена симметрично в диске ступицы и исполнена изогнутой относительно радиальной плоскости диска ступицы. В качестве балансировочных элементов использованы металлические стержни, установленные в отверстиях фасонных прорезей.In this device, on the periphery of the hub disk, protrusions are made uniformly spaced along the circumference of the disk periphery and separated by radial slots. The drum is made of composite linings, the outward facing surfaces of which are made with a cross section in the form of an isosceles trapezoid, the larger base of which is located outside, the smaller base is the bottom of the lining, and the sides are the inner side walls of the lining. Each of the pads in the direction of the center of the hub disk is provided with two side protrusions separated by a central groove, and each of the pads is installed with its central groove on the protrusion of the hub disk, and the side protrusions in adjacent radial slots of the hub disk. Shaped slots are made in the disk, each of which is located symmetrically in the hub disk and is made curved relative to the radial plane of the hub disk. As balancing elements, metal rods installed in the holes of shaped slots were used.

Недостатком устройства является невозможность точной балансировки маховика из-за размещения корректирующих дисбаланс грузов - металлических стержней на упруго-податливом (из-за фасонных прорезей) диске, радиально-пружинящие элементы которого, где размещаются корректирующие дисбаланс грузы, не полностью отслеживают радиальные перемещения внутреннего слоя навивки обода из-за поворота радиально-пружинящих элементов при упругой деформации диска. Кроме того, при навивке проволоки обода с натягом диск маховика деформируется (из-за сжатия его лентой). Поэтому обод, состоящий из многих слоев проволоки, получает деформации, приводящие к расслоению витков, что не позволяет точно балансировать маховик как в радиальном, так и в поперечном направлении.The disadvantage of this device is the inability to accurately balance the flywheel due to the placement of load-correcting imbalances - metal rods on an elastic-flexible (due to shaped slots) disk, the radial-spring elements of which, where the load-correcting imbalance is located, do not fully track the radial movements of the inner winding layer rim due to the rotation of the radial spring elements with elastic deformation of the disk. In addition, when winding the wire of the rim with an interference fit, the flywheel disk is deformed (due to compression by its tape). Therefore, the rim, consisting of many layers of wire, gets deformations, leading to stratification of the turns, which does not allow the flywheel to be precisely balanced in both radial and transverse directions.

Наиболее близким является ленточный маховик, содержащий диск, установленный на валу и выполненный в виде шайбы, во внешней цилиндрической поверхности которой выполнен паз, упругое кольцо, расположенное в пазу, обод, выполненный из навитой ленты со скрепленными между собой витками, установленный снаружи упругого кольца (RU, U1, №167509, опубл. 10.01.2017).The closest is a tape flywheel containing a disk mounted on the shaft and made in the form of a washer, in the outer cylindrical surface of which a groove is made, an elastic ring located in the groove, a rim made of a wound tape with coils fastened together, mounted outside the elastic ring ( RU, U1, No. 167509, publ. 10.01.2017).

В известном устройстве упругое кольцо выполнено в поперечном сечении таврообразным и закреплено в пазу, а его наружная часть - верхняя часть тавра - выполнена выступающей за наружную поверхность шайбы, равна ширине диска и ширине ленты внутренних витков, скрепленных между собой клеевыми слоями. В качестве материала упругого кольца может быть применен полиуретан.In the known device, the elastic ring is made in the cross-section of the Tauri and fixed in the groove, and its outer part - the upper part of the brand - made protruding beyond the outer surface of the washer, is equal to the width of the disk and the width of the tape of the inner coils fastened together by adhesive layers. As the material of the elastic ring, polyurethane can be used.

В этом устройстве балансировочные элементы отсутствуют.There are no balancing elements in this device.

Если же использовать стандартные способы балансировки маховиков, то не удается устранить деформацию обода при навивке ленты с натягом. Обычное размещение грузов на диске не может обеспечить точности балансировки. Для обеспечения точности и надежности балансировки, а также отсутствия деформации обода при навивке ленты с натягом лента должна навиваться на жесткий диск, а не на деформируемую при навивке поверхность упругого кольца. В то же время балансировочные грузы должны быть надежно прижаты к навивке внутренней поверхности обода, то есть лента должна навиваться на детали, жестко связанные с балансировочными грузами, которые уже упруго могут быть связаны с жестким диском.If you use the standard methods of balancing the flywheels, then you can not eliminate the deformation of the rim when winding the tape with an interference fit. The usual placement of goods on the disc cannot provide accurate balancing. To ensure accuracy and reliability of balancing, as well as the absence of deformation of the rim during winding the tape with interference, the tape should be wound onto the hard disk, and not on the surface of the elastic ring that is deformed during winding. At the same time, the balancing weights must be firmly pressed to the winding of the inner surface of the rim, that is, the tape should be wound onto parts rigidly connected to the balancing weights, which can already be resiliently connected to the hard disk.

Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.The task solved by the utility model is the improvement of technical and operational characteristics.

Достигаемый технический результат полезной модели заключается в обеспечении улучшенной балансировки и, как следствие, повышении удельной энергоемкости, надежности и безопасности устройства в целом при высоких скоростях вращения маховика.The technical result achieved by the utility model is to provide improved balancing and, as a result, increase the specific energy consumption, reliability and safety of the device as a whole at high flywheel rotation speeds.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном ленточном маховике, содержащем диск, установленный на валу и выполненный в виде шайбы, во внешней цилиндрической поверхности которой выполнен паз, упругое кольцо, расположенное в пазу, обод, выполненный из навитой ленты со скрепленными между собой витками, установленный снаружи упругого кольца, согласно заявленному устройству наружная поверхность упругого кольца расположена вровень с внешней цилиндрической поверхностью шайбы и введены балансировочные элементы, установленные поперечно и расположенные по окружности в упругом кольце, и сопряженные с наружной периферийной поверхностью упругого кольца и с внутренней поверхностью обода с возможностью их радиального перемещения при вращении вала.To solve the problem with achieving a technical result in a known tape flywheel containing a disk mounted on a shaft and made in the form of a washer, in the outer cylindrical surface of which a groove is made, an elastic ring located in the groove, a rim made of wound tape with fastened together turns installed outside the elastic ring, according to the claimed device, the outer surface of the elastic ring is flush with the outer cylindrical surface of the washer and balancing elements mounted transversely and circumferentially in the elastic ring, and paired with the outer peripheral surface of the elastic ring and with the inner surface of the rim with the possibility of their radial movement during rotation of the shaft.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:Additional embodiments of the device are possible, in which it is advisable that:

- балансировочные элементы были выполнены из по меньшей мере трех втулок, выполненных с внутренней резьбой и торцы которых расположены вровень с боковыми поверхностями шайбы, из резьбовых деталей, полностью расположенных и установленных внутри втулок, а также из пробок, завинченных во втулки со стороны боковых стенок шайбы;- balancing elements were made of at least three bushings made with an internal thread and whose ends are flush with the side surfaces of the washer, from threaded parts completely located and installed inside the bushings, as well as from plugs screwed into the bushings from the side of the side walls of the washer ;

- наружный торец пробки был снабжен шляпкой, часть которой выполнена выступающей на боковую поверхность обода;- the outer end of the cork was equipped with a hat, part of which is made protruding on the side surface of the rim;

- упругое кольцо было скреплено с дном паза и/или с его боковыми стенками.- the elastic ring was fastened to the bottom of the groove and / or with its side walls.

Указанные преимущества полезной модели, а также ее особенности поясняются с помощью варианта ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.The indicated advantages of the utility model, as well as its features are explained with the help of a variant of its implementation with reference to the accompanying drawings.

Фиг. 1 изображает вид на заявленный ленточный маховик сбоку;FIG. 1 is a side view of the claimed tape flywheel;

фиг. 2 - поперечное сечение на фиг. 1;FIG. 2 is a cross section in FIG. one;

фиг. 3 - схематично состояние ленточного маховика, при отсутствии вращения или на низкой частоте;FIG. 3 - schematically the state of the tape flywheel, in the absence of rotation or at a low frequency;

фиг. 4 - то же, что фиг. 3, на высокой частоте вращения.FIG. 4 is the same as FIG. 3, at high speed.

Ленточный маховик (фиг. 1, 2) содержит диск 1, установленный на валу 2 и выполненный в виде шайбы. Во внешней цилиндрической поверхности диска 1 (шайбы) выполнен паз 3. В пазу 3 расположено упругое кольцо 4. Обод 5 выполнен из навитой ленты со скрепленными между собой витками, установлен снаружи упругого кольца 4. Наружная поверхность упругого кольца 4 расположена вровень (заподлицо) с внешней цилиндрической поверхностью шайбы-диска 1. В устройство введены балансировочные элементы 6, установленные поперечно и расположенные по окружности в упругом кольце 4, и сопряженные с наружной периферийной поверхностью упругого кольца 4 и с внутренней поверхностью обода 5 с возможностью их радиального перемещения при вращении вала 2.The tape flywheel (Fig. 1, 2) contains a disk 1 mounted on the shaft 2 and made in the form of a washer. A groove 3 is made in the outer cylindrical surface of the disk 1 (washer). An elastic ring 4 is located in the groove 3. The rim 5 is made of a wound tape with coils fastened together, mounted outside the elastic ring 4. The outer surface of the elastic ring 4 is flush (flush) with the outer cylindrical surface of the disk washer 1. Balancing elements 6 are inserted into the device, mounted transversely and arranged circumferentially in the elastic ring 4, and paired with the outer peripheral surface of the elastic ring 4 and with the inner the surface of the rim 5 with the possibility of their radial movement during rotation of the shaft 2.

Балансировочные элементы 6 выполнены из по меньшей мере трех втулок 7, выполненных с внутренней резьбой и торцы которых расположены вровень (заподлицо) с боковыми поверхностями шайбы, из резьбовых деталей 8, полностью расположенных и установленных внутри втулок 7, а также из пробок 9, завинченных во втулки 7 со стороны боковых стенок шайбы (диска 1).The balancing elements 6 are made of at least three bushings 7, made with internal thread and the ends of which are flush with the side surfaces of the washer, from threaded parts 8, completely located and installed inside the bushings 7, as well as from plugs 9 screwed into bushings 7 from the side of the side walls of the washer (disk 1).

Кроме того, наружный торец пробки 9 может быть снабжен шляпкой 10, часть которой выполнена выступающей на боковую поверхность обода 5.In addition, the outer end of the plug 9 can be equipped with a hat 10, part of which is protruding onto the side surface of the rim 5.

Упругое кольцо 4 скреплено с дном паза 3 и/или с его боковыми стенками, например, клеевым слоем и/или механическими элементами крепления 11.The elastic ring 4 is fastened to the bottom of the groove 3 and / or with its side walls, for example, with an adhesive layer and / or mechanical fastening elements 11.

Работает ленточный маховик (фиг. 1, 2) следующим образом.The tape flywheel operates (Fig. 1, 2) as follows.

Диск 1, изготовленный из металла или сплава, преимущественного легкого и прочного, например алюминиевого сплава, соединен с валом 2, передающим крутящий момент. Диск 1 имеет паз 3, ограниченный по бокам бортами 12 шайбы, например, с зубчатой периферией. Упругое кольцо 4 может быть выполнено в виде полимерной, например полиуретановой, прослойки. Упругое кольцо 4 на своей периферии содержит симметрично расположенные по окружности балансировочные элементы 6, выполненные из втулок 7 с внутренней резьбой, в которые завинчиваются резьбовые детали 8, выполняющие функцию грузов. С торцов во внутреннюю резьбу втулок 7 вводятся пробки 9, которые фиксируются во втулках 7, например, клеем. Диаметр шляпок 10 пробок 9 выбран таким, чтобы они контактировали с боковыми поверхностями диска 1 и обода 5. В резьбовых отверстиях втулок 7 частично помещены резьбовые детали 8, длиной которых регулируется масса грузов. Втулки 7 выполнены с длиной, равной толщине диска 1, и прочно склеены с упругим кольцом 4, например вварены в него, и своей внешней частью совпадают с внешней периферийной поверхностью упругого кольца 4. На эту внешнюю цилиндрическую поверхность упругого кольца 4 навивается со склейкой витков высокопрочная, например стальная, лента, образующая обод 5, накапливающий при вращении основную кинетическую энергию. Такие витые ободы 5 маховиков (супермаховиков) известны из многочисленных изобретений и полезных моделей, в частности из указанных аналогов полезной модели. Так как внешняя цилиндрическая поверхность упругого кольца 4 совпадает с частью цилиндрической поверхности балансировочных элементов 6, возможно даже прошедших совместную запланированную чистовую обработку, то внутренние витки обода 5, навитые с натягом, надежно соприкасаются со всей внешней поверхностью упругого кольца 4 и втулок 7. При увеличении вращения маховика балансировочные элементы 6 и упругое кольцо 4 все более сильно прижимаются к внутреннему витку обода 5, образуя надежный их контакт. Внутренняя цилиндрическая поверхность упругого кольца 4 надежно (склейкой, приваркой) соединена с дном паза 3 в диске 1.The disk 1, made of metal or alloy, predominantly light and strong, for example aluminum alloy, is connected to a shaft 2 transmitting torque. The disk 1 has a groove 3, limited on the sides by the sides 12 of the washer, for example, with a gear periphery. The elastic ring 4 can be made in the form of a polymer, for example polyurethane, layer. The elastic ring 4 at its periphery contains balancing elements 6 symmetrically arranged around the circumference, made of bushings 7 with an internal thread, into which the threaded parts 8 that perform the function of weights are screwed. From the ends, plugs 9 are inserted into the internal thread of the bushings 7, which are fixed in the bushings 7, for example, with glue. The diameter of the caps 10 of the plugs 9 is chosen so that they are in contact with the side surfaces of the disk 1 and the rim 5. Threaded parts 8 are partially placed in the threaded holes of the bushings 7, the length of which is regulated by the mass of goods. The bushings 7 are made with a length equal to the thickness of the disk 1, and are firmly glued to the elastic ring 4, for example, welded into it, and their outer part coincides with the outer peripheral surface of the elastic ring 4. High strength is wound onto this outer cylindrical surface of the elastic ring 4 with gluing the coils for example, steel, a tape forming a rim 5, accumulating during the rotation of the main kinetic energy. Such twisted rims of 5 flywheels (super-flywheels) are known from numerous inventions and utility models, in particular from the indicated analogues of the utility model. Since the outer cylindrical surface of the elastic ring 4 coincides with the part of the cylindrical surface of the balancing elements 6, possibly even after the joint planned finishing, the inner turns of the rim 5, wound with interference, reliably come into contact with the entire outer surface of the elastic ring 4 and bushings 7. When increasing the rotation of the flywheel, the balancing elements 6 and the elastic ring 4 are increasingly pressed against the inner turn of the rim 5, forming their reliable contact. The inner cylindrical surface of the elastic ring 4 is reliably (glued, welded) connected to the bottom of the groove 3 in the disk 1.

Балансировка маховика, составленного из диска 1, упругого кольца 4 и обода 5, производится изменением массы грузов, в основном длиной резьбовых деталей 8, хотя может меняться и их материал (например, сталь или алюминий). Также может меняться материал и толщина пробок 9, хотя это и менее предпочтительно. Так как балансировочные элементы 6 фактически жестко связаны с ободом 5, то изменением массы части этих грузов - резьбовых деталей 8 - можно добиться уравновешивания обода 5, что важнее всего, так как он увеличивает диаметр при высокой скорости вращения (фиг. 4) в отличие от покоя и низкой скорости вращения (фиг. 3). Балансировка диска 1, как обычной жесткой шайбы, может производиться отдельно, до намотки обода 5, причем балансировка может осуществляться как в радиальном направлении за счет изменения длины и материала резьбовых деталей 8, так и в поперечном - за счет перемещения резьбовых деталей 8 вдоль осей втулок 7. Шляпки 10 пробок 9 удерживают диск 1 и обод 5 в боковом направлении, что не позволяет ободу 5 сползать с балансировочных элементов 6, закрепленных в упругом кольце 4. Упругое кольцо 4 прочно закреплено на дне паза 3 диска 1, и оно, растягиваясь при вращении маховика, скользит по внутренней поверхности бортов 12 паза 3 в диске 1. Удлинение упругого кольца 4 при вращении маховика весьма незначительное, не может повлиять на прочность и устойчивость конструкции. Число балансировочных элементов 6 выбрано не меньше трех, потому что при меньшем их количестве невозможно осуществить балансировку маховика, а реально их количество - несколько десятков.The balancing of a flywheel made up of a disk 1, an elastic ring 4 and a rim 5 is carried out by changing the mass of goods, mainly by the length of the threaded parts 8, although their material (for example, steel or aluminum) can also change. The material and thickness of the plugs 9 may also vary, although this is less preferred. Since the balancing elements 6 are actually rigidly connected with the rim 5, by changing the mass of part of these weights — threaded parts 8 — it is possible to balance the rim 5, which is most important, since it increases the diameter at a high rotation speed (Fig. 4), unlike rest and low speed of rotation (Fig. 3). The balancing of the disk 1, as a regular rigid washer, can be done separately, before winding the rim 5, and balancing can be carried out both in the radial direction by changing the length and material of the threaded parts 8, and in the transverse - by moving the threaded parts 8 along the axis of the bushings 7. The caps 10 of the plugs 9 hold the disk 1 and the rim 5 in the lateral direction, which prevents the rim 5 from sliding off the balancing elements 6 fixed in the elastic ring 4. The elastic ring 4 is firmly fixed to the bottom of the groove 3 of the disk 1, and it stretches when at aschenii flywheel slides on the inner surface of the sides 12 of the slot 3 in the disc 1. The elongation of the elastic ring 4 by rotation of the flywheel is very small, can not affect the strength and stability of the construction. The number of balancing elements 6 is chosen not less than three, because with a smaller number of them it is impossible to balance the flywheel, but in reality their number is several tens.

При обрыве конца обода 5 происходит отход конечного витка от основной намотки и трение этого витка о внутреннюю поверхность корпуса маховика, останавливая его. Это свойство безопасного выхода из строя ленточного маховика было многократно проверено и является основным преимуществом ленточных маховиков.When the end of the rim 5 is broken, the end turn departs from the main winding and the friction of this turn on the inner surface of the flywheel housing stops it. This property of safe failure of the tape flywheel has been tested many times and is the main advantage of the tape flywheels.

Таким образом, за счет того что балансировочные элементы 6 расположены по окружности в упругом кольце 4 и сопряжены с наружной периферийной поверхностью упругого кольца 4 и с внутренней поверхностью обода 5 с возможностью их радиального перемещения при высокой скорости вращения вала 2, удается достичь технический результат - улучшить балансировку и, как следствие, повысить удельную энергоемкость, надежность и безопасность устройства в целом при высоких скоростях вращения маховика.Thus, due to the fact that the balancing elements 6 are located around the circumference in the elastic ring 4 and are coupled with the outer peripheral surface of the elastic ring 4 and with the inner surface of the rim 5 with the possibility of their radial movement at high speed of rotation of the shaft 2, it is possible to achieve a technical result - to improve balancing and, as a result, increase the specific energy consumption, reliability and safety of the device as a whole at high speeds of rotation of the flywheel.

Наиболее успешно заявленный ленточный маховик промышленно применим в энергетике.The most successfully declared tape flywheel is industrially applicable in the energy sector.

Claims

1. A tape flywheel containing a disk mounted on a shaft and made in the form of a washer, in the outer cylindrical surface of which a groove is made, an elastic ring located in the groove, a rim made of a wound tape with coils fastened together, mounted outside the elastic ring, characterized the fact that the outer surface of the elastic ring is flush with the outer cylindrical surface of the washer and balancing elements are introduced that are installed transversely and located around the circumference in the elastic ring, and mating e with the outer peripheral surface of the elastic ring and the interior surface of the rim with the possibility of their radial movement when the shaft rotates.

2. The tape flywheel according to claim 1, characterized in that the balancing elements are made of at least three bushings made with internal thread and the ends of which are flush with the side surfaces of the washer, from threaded parts fully located and installed inside the bushings, and from plugs screwed into bushings from the side of the side walls of the washer.

3. The tape flywheel according to claim 1, characterized in that the outer end of the cork is equipped with a cap, part of which is protruding onto the side surface of the rim.

4. The tape flywheel according to claim 1, characterized in that the elastic ring is fastened to the bottom of the groove and / or its side walls.