RU2029161C1

RU2029161C1 - Composite flywheel

Info

Publication number: RU2029161C1
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Гладышев; В.С. Дмитриев; В.А. Мандзий
Original assignee: Научно-производственное объединение "Полюс"
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: flywheel consists of rim, bush and set of sectors arranged between them; all components of flywheel are interconnected by means of high-strength thread impregnated with binder. Each sector is made in form of thin-walled solid closed loop obtained through continuous row winding of high-strength thread. Lateral sides of adjacent sectors form radial spokes. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в инерционных аккумуляторах, приводах машин, содержащих маховик, энергоаккумулирующих системах и системах ориентации и стабилизации аппаратов. The invention relates to mechanical engineering and can be used in inertial batteries, drives of machines containing a flywheel, energy storage systems and systems of orientation and stabilization of devices.

Известны композитные маховики, предназначенные для создания накопителей кинетической энергии, имеющие обод, втулку и соединительный элемент [1,2]. Known composite flywheels designed to create kinetic energy storage devices having a rim, a sleeve and a connecting element [1,2].

Наиболее близкими по технической сущности к изобретению является маховик с намотанными из волокон вращающимся кольцом, металлической втулкой и соединительным элементом в виде набора секторов [3]. Сектора закреплены на внутренней поверхности обода и между собой путем склеивания. Втулка имеет торцовые стенки со сквозными отверстиями, в которые вставляются закрепляющие болты, прилегающие к внутренней стороне притупленной вершины секторов. The closest in technical essence to the invention is a flywheel with a rotating ring wound from fibers, a metal sleeve and a connecting element in the form of a set of sectors [3]. Sectors are fixed on the inner surface of the rim and between each other by gluing. The sleeve has end walls with through holes in which fixing bolts are inserted adjacent to the inner side of the blunted top of the sectors.

Недостатком известного маховика является то, что прочности клеевого слоя, которым связаны между собой все элементы конструкции, не достаточно. Соединение секторов с центральной втулкой продольными болтами вызывает в зоне контакта большие напряжения в материале сектора. A disadvantage of the known flywheel is that the strength of the adhesive layer, which interconnects all structural elements, is not enough. The connection of the sectors with the central sleeve with longitudinal bolts causes large stresses in the contact material in the sector material.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик маховика. The aim of the invention is to increase the strength characteristics of the flywheel.

Это достигается тем, что в маховике, содержащем намотанное из волокон кольцо, металлическую втулку и соединительный элемент в виде набора секторов, последние соединены друг с другом, с ободом и с втулкой замоткой нитью, пропитанной связующим. This is achieved by the fact that in a flywheel containing a ring wound from fibers, a metal sleeve and a connecting element in the form of a set of sectors, the latter are connected to each other, to the rim and to the sleeve by winding a thread impregnated with a binder.

В ободковых маховиках, используемых для накопления большой кинетической энергии, возникают инерционные нагрузки (крутящие моменты), вызванные угловым ускорением при разгоне и торможении. При разгоне крутящий момент передается спицами ободу, а при торможении от обода спицам. В обоих случаях крутящий момент действует на соединение между ободом и секторами. In rim flywheels used to accumulate large kinetic energy, inertial loads (torques) arise due to angular acceleration during acceleration and braking. During acceleration, the torque is transmitted by the spokes to the rim, and during braking from the rim to the spokes. In both cases, the torque acts on the connection between the rim and the sectors.

При значительных и многократно действующих крутящих моментах (режим накопления и отдачи энергии) возможно разрушение клеевого слоя. Во избежание этого в предлагаемой конструкции вводится замотка высокопрочной нитью, пропитанной связующим. Замена продольных болтов в соединении секторов с центральной втулкой на замотку нитью увеличивает зону контакта и снижает величину напряжений в соединении и также обеспечивает повышение прочности крепления. With significant and repeatedly acting torques (energy storage and release mode), the adhesive layer can be destroyed. In order to avoid this, a winding with a high-strength thread impregnated with a binder is introduced in the proposed design. The replacement of the longitudinal bolts in the connection of the sectors with the central sleeve by a thread winding increases the contact area and reduces the magnitude of the stresses in the connection and also provides increased fastening strength.

На чертеже изображен композитный маховик, общий вид, и показана замотка нитью секторов в зоне контакта их боковых сторон 1, секторов с ободом 2 и секторов со втулкой 3. The drawing shows a composite flywheel, a General view, and shows the winding thread sectors in the contact zone of their sides 1, sectors with a rim 2 and sectors with a sleeve 3.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.

Для экспериментальной отработки предложенной конструкции маховика были изготовлены и прошли испытания несколько макетных образцов. For experimental testing of the proposed flywheel design, several prototypes were manufactured and tested.

Маховик с наружным диаметром обода 240 мм, металлической втулкой со сквозными пазами и соединительным элементом из шести секторов, все элементы которого были соединены между собой замоткой нитью СВМ, пропитанной связующим, подвергали кратковременному разгону до 20000 об/мин на разгонной установке. Разрушений элементов маховика и замотки не произошло. A flywheel with an outer rim diameter of 240 mm, a metal sleeve with through grooves and a connecting element of six sectors, all of whose elements were interconnected by winding with a CBM thread impregnated with a binder, was subjected to short-term acceleration to 20,000 rpm on an acceleration unit. Destruction of the elements of the flywheel and winding did not occur.

Маховик с диаметром обода 200 мм был изготовлен для электродвигателя-маховика. Назначение электродвигателя - создание кинетического момента Н = 1 НМ с², номинальная скорость вращения маховика 20000 об/мин.A flywheel with a rim diameter of 200 mm was manufactured for a flywheel electric motor. The purpose of the electric motor is to create a kinetic moment N = 1 Nm with ² , the nominal rotation speed of the flywheel is 20,000 rpm.

Этот маховик был испытан в вакуумной камере на скорости вращения 24000 об/мин в течение 20 ч с последующей наработкой при номинальной скорости в течение 50 ч. This flywheel was tested in a vacuum chamber at a speed of 24,000 rpm for 20 hours, followed by operating time at a nominal speed of 50 hours.

Перед испытаниями маховик в составе ротора электродвигателя был отбалансирован до дисбаланса 1 Гсм. В процессе испытаний контролировалась стабильность балансировки по стабильности спектра виброускорений, снимаемых с нескольких датчиков, установленных в конструкции электродвигателя. Необратимых изменений в конструкции маховика не обнаружено, что указывает на его достаточную прочность. Before testing, the flywheel in the rotor of the electric motor was balanced to an imbalance of 1 gsm. During the tests, the stability of balancing by the stability of the spectrum of vibration accelerations taken from several sensors installed in the design of the electric motor was controlled. Irreversible changes in the design of the flywheel were not detected, which indicates its sufficient strength.

Claims

COMPOSITE Flywheel, comprising a rim covering the sleeve and a connecting element arranged between them in the form of a set of sectors, characterized in that, in order to increase the strength characteristics, the sectors of the connecting element are connected to each other, to the rim and the sleeve by a thread twisting adjacent to one another parts of the mentioned elements.