SU1744329A1

SU1744329A1 - Flywheel

Info

Publication number: SU1744329A1
Application number: SU904799182A
Authority: SU
Inventors: Георгий Георгиевич Портнов; Валерий Андреевич Лаппо; Владимир Антонович Каткевич
Original assignee: Институт Механики Полимеров Ан Латвсср
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1992-06-30

Abstract

Использование: в машиностроении, в частности в накопител х кинетической энергии. Сущность изобретени : маховик снабжен дополнительным ободом 4 из материала с высокой удельной прочностью, охватывающим обод 3 с балластом 2, которые соединены с диском 1 с нат гом, на наружной поверхности последнего выполнены наклонные грани, балласт 2 выполнен в виде составного кольца из сегментов с наклонными внутренними гран ми дл взаимодействи с наклонными гран ми диска 1, a yi ол их наклона меньше угла самоторможени 2 ил XI CJ N3 О Фиг.1Use: in engineering, in particular in kinetic energy accumulators. SUMMARY OF THE INVENTION: The flywheel is provided with an additional rim 4 of a material with high specific strength encompassing the rim 3 with ballast 2, which are connected to the disc 1 with tension, inclined faces are made on the outer surface of the latter, ballast 2 is made as a composite ring of sloped segments inner edges for interacting with the inclined faces of the disk 1, a yi ol their slope is less than the angle of self-braking 2 silt XI CJ N3 O Figure 1

Description

Изобретение относитс к области машиностроени , а именно к устройству маховиков дл инерционных накопителей энергии и механизмов с вращающимис массами.The invention relates to the field of engineering, namely to the arrangement of flywheels for inertial energy storage devices and mechanisms with rotating masses.

Известные маховики из изотропных материалов представл ют собой диски, наружный диаметр которых при заданной предельной угловой скорости вращени определ етс удельной прочностью материала 1. Увеличение момента инерции такого диска, а с ним и энергоемкости маховика, осуществл етс присоединением (намоткой ) к его периферии обода из анизотропного материала, например стекл нных, угольных или органических волокон, пропитанных св зующим. Диск уже перестает быть основным энергоемким элементом, отдава эту роль ободу, и служит лишь дл соединени обода с валом.Known flywheels made of isotropic materials are disks whose outer diameter at a given limit angular velocity of rotation is determined by the specific strength of material 1. The increase in the moment of inertia of such a disk, and with it the power capacity of the flywheel, is carried out by attaching to its periphery of the rim anisotropic material, e.g. glass, carbon or organic fibers, impregnated with a binder. The disk ceases to be the main energy-intensive element, having given this role to the rim, and serves only to connect the rim to the shaft.

Основной проблемой вл етс обеспечение совместности перемещений контактирующих поверхностей обода и диска без существенных потерь в несущей способности и в энергоемкости.The main problem is to ensure the compatibility of the movements of the contacting surfaces of the rim and the disc without significant losses in carrying capacity and in energy intensity.

Прототипом нового технического решени вл етс маховик, содержащий обод, соединенный с диском при помощи упругого элемента с кольцевой полостью, в которой расположен балласт 2. Балласт, нагружа упругий элемент, обеспечивает его совместную деформацию с ободом в процессе вращени и касание щеками упругого элемента поверхности кожуха, вызывающее торможение махов ика при разрыве обода.The prototype of the new technical solution is a flywheel containing a rim connected to the disk by means of an elastic element with an annular cavity in which ballast 2 is located. The ballast, loading the elastic element, ensures its joint deformation with the rim during rotation and touching the elastic surface of the casing with the cheeks that causes braking ikha’s breaks when the rim is broken.

Основными недостатками прототипа вл ютс малые радиальна , углова и крутильна жесткости маховика, что может послужить источником автоколебаний маховика и ограничить передаваемую им мощность.The main disadvantages of the prototype are small radial, angular and torsional rigidity of the flywheel, which can serve as a source of auto-oscillations of the flywheel and limit the power transmitted to them.

Цель изобретени - повышение энергоемкости за счет снабжени маховика дополнительным ободом из материала с высокой удельной прочностью и нового исполнени балласта маховика.The purpose of the invention is to increase energy consumption by supplying the flywheel with an additional rim of high specific strength material and a new version of the flywheel ballast.

Выполнение поставленной цели позвол ет создать новые типы накопителей энергии , обладающих большей энергоемкостью и мощностью, но в то же врем - более упрощенной и совершенной конструкции, т.г. экономических и безопасных.The fulfillment of this goal allows us to create new types of energy storage devices with greater power consumption and power, but at the same time, a more simplified and improved design, that is. economic and safe.

На фиг. 1 изображен маховик в разрезе; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.FIG. 1 shows a section of the flywheel; in fig. 2 is a view along arrow A in FIG. one.

Маховик состоит из металлического диска 1, выполненного в виде многогранника, установленного на его периферии балласта 2 и обода-бандажа 3 из композитного материала . Балласт 2 выполнен в виде кольца изThe flywheel consists of a metal disk 1, made in the form of a polyhedron, mounted on its periphery of the ballast 2 and the rim-bandage 3 of composite material. Ballast 2 is made in the form of a ring of

сегментов, которые своими наклонными внутренними гран ми взаимодействуют с гран ми наружной поверхности диска 1. При этом угол наклона внутренних-гранейsegments that, with their inclined inner edges, interact with the edges of the outer surface of the disk 1. In this case, the angle of inclination of the inner edges

сегментов кольца балласта 2 меньше угла самоторможени дл сопр гающихс материалов , а балласт 2 и обод-бандаж 3 на диск 1 установлены с нат гом. Выполнение этого услови позвол ет использовать балласт пу0 тем приложени осевого усили к сегментам дл создани предварительного напр жени в системе - диск, балласт, обод-бандаж - и обеспечить взаимную неподвижность сопр гаемых деталей до расчетного числаthe segments of the ballast ring 2 are smaller than the self-braking angle for mating materials, and the ballast 2 and rim-bandage 3 on the disk 1 are fitted with tension. Fulfillment of this condition allows the use of ballast by applying axial force to the segments to create prestressing in the system — disk, ballast, rim-bandage — and to ensure the mutual immobility of the mating parts up to the estimated number

5 оборотов маховика. При превышении числа оборотов, соответствующего предварительному нат гу, и при вертикальной установке маховика вместо по влени зазора будет происходить проскальзывание сегментов 25 turns flywheel. When exceeding the number of revolutions corresponding to the preload, and with the vertical installation of the flywheel, instead of the appearance of the gap, segments 2 will slip.

0 по поверхности диска 1 под действием силы т жести, что позвол ет избежать по влени дебаланса в маховике и повысить надежность его работы. Кроме того, поверх обода- бандажа 3 и балласта 2 на поверхность В0 over the surface of the disk 1 under the force of gravity, thus avoiding the appearance of unbalance in the flywheel and increase the reliability of its operation. In addition, on top of the rim 3 and ballast 2 on the surface B

5 наматываетс дополнительный внешний обод 4 из материала с высокой удельной прочностью. Таким материалом может послужить стекло-, угле- или боропластики. Балансировка такого собранного махо0 вика осуществл етс высверливанием отверстий в сегментах балласта 2.5, an additional outer rim 4 of material with high specific strength is wound. This material can serve as glass, carbon or boroplasty. The balancing of such an assembled flywheel is accomplished by drilling holes in the ballast segments 2.

Маховик работает следующим образом .Flywheel works as follows.

При вращении во всех элементах махо5 вика развиваютс центробежные силы, а контактное давление, созданное нат гом на поверхности Б, с увеличением числа оборотов уменьшаетс . Напр женное состо ние рбодэ-бандажа 3 измен етс крайне незна0 чительно, так как это изменение должно соответствовать радиальным упругим перемещени м поверхности металлического диска 1 в пределах той величины, котора была реализована при напр женной посад5 ке составного обода.During rotation, centrifugal forces develop in all elements of the flywheel, and the contact pressure created by the tension on surface B decreases with an increase in the number of revolutions. The stress state of the rbode band 3 changes extremely slightly, since this change must correspond to the radial elastic displacements of the surface of the metal disk 1 within the magnitude that was realized with the tight fit of the composite rim.

Дополнительный внешний обод 4, стрем сь увеличить свой диаметр под действием центробежных сил, создает радиальные контактные напр жени на поверхности В.The additional outer rim 4, striving to increase its diameter under the action of centrifugal forces, creates radial contact stresses on the surface B.

0 Из-за малой удельной плотности материала этого обода 4 и относительно невысокой скорости вращени эти напр жени невелики и учтены при назначении величины предварительного нат га, который- выби5 раетс из услови , чтобы погонное контактное давление было не меньше погонных центробежных сил, развиваемых всей расположенной над контактной поверхностью частью маховика при предельном числе оборотов .0 Due to the low specific gravity of the material of this rim 4 and the relatively low rotational speed, these stresses are small and taken into account when assigning the value of the preload, which is chosen from the condition that the running contact pressure is not less than the centrifugal forces developed by the whole above the contact surface of the flywheel with the maximum number of revolutions.

В случае превышени расчетного предельного числа оборотов контактное давление упадет до нул , на поверхности Б по витс зазор и резко начнут увеличиватьс напр жени в обоих ободах 3 и 4. Это будет сопровождатьс возникновением существенных вибраций, что может послужить сигналом к аварийному торможению маховика.If the calculated speed limit is exceeded, the contact pressure drops to zero, the gap on the surface B increases and the stresses in both rims 3 and 4 begin to increase sharply. This will be accompanied by the occurrence of significant vibrations, which can serve as a signal for emergency flywheel deceleration.

В случае разрушени диска 1 или обода- бандажа 3 значительна часть энергии разлетающихс осколков и балласта будет поглощена до этого малонагруженным внешним ободом 4. При достаточно большой его толщине будет предотвращен кон- такт осколков маховика со стенками кожуха, что во многом увеличит безопасность работы и надежность маховика.In the case of the destruction of disk 1 or rim 3, a significant part of the energy of the flying fragments and the ballast will be absorbed by the lightly loaded external rim 4. If its thickness is sufficiently large, the flywheel fragments will not be in contact with the casing walls, which will greatly increase safety and reliability flywheel.

Пример конкретного выполнени .An example of a specific implementation.

Диск и балласт выполн ют из стали 40Х, а обод-бандаж и дополнительный внешнийThe disk and ballast are made of 40X steel, and the rim-bandage and additional external

Claims

the rim is made of fiberglass, with a pmax of 7050 rpm, according to the calculated data, the specific energy intensity increases by about 30%, and the moment of inertia increases by 60% compared to a flywheel of the same size and weight, but of a traditional design. A flywheel containing a metal disk and a ballast and a rim of composite material located on its periphery, characterized in that, in order to increase energy intensity, it is provided with an additional rim of a material with high specific strength, covering the rim with ballast, on the outer surface of the disk inclined faces, the ballast is made as a composite ring of segments with inclined inner edges for interaction with inclined faces of the disk, and their angle of inclination is smaller than the angle of self-locking.