Механические накопители энергии в приводах автотранспортных средств

Общие сведения о механических накопителях энергии

Механическим накопителем энергии (МН) или аккумулятором механической энергии называется устройство для запасания и хранения кинетической и потенциальной энергии с последующей отдачей ее для совершения полезной работы.

Как и для любого вид накопителей энергии (НЭ), характерными жимами работы МН являются заряд (накопление) и разряд (отдача энергии). Хранение энергии служит промежуточным режимом МН. В зарядном режиме к МН подводится механическая энергия от внешнего источника, причем конкретная техническая реализация источника энергии определяется типом МН. При разряде МН основная часть запасенной им энергии передается потребителю. Некоторая часть накопленной энергии расходуется на компенсацию потерь, имеющих место в разрядном режиме, а в большинстве видов МН — и в режимах хранения.

Поскольку в ряде накопительных установок время заряда может намного превосходить время разряда Д3 » 1р), возможно существенное превышение среднеразрядной мощности Рр над средней мощностью Р3 заряда МН. Таким образом, в МН накапливать энергию допустимо с помощью сравнительно маломощных источников.

Основные разновидности МН подразделяются на статические, динамические и комбинированные устройства.

Статические МН запасают потенциальную энергию посредством упругого изменения формы или объема рабочего тела либо при его перемещении против направления силы тяжести в гравитационном поле. Твердое жидкостное или газообразное рабочее тело этих МН имеет статическое состояние в режиме хранения энергии, а заряд и разряд НЭ сопровождаются движением рабочего тела.

Динамические МН аккумулируют кинетическую энергию преимущественно во вращающихся массах твердых тел. Условно к динамическим М1 можно отнести также накопительные устройства ускорителей элементарных частиц, в которых запасается кинетическая энергия электронов или протонов, циклически движущихся по замкнутым траекториям.

Комбинированные МН запасают одновременно кинетическую и потенциальную энергию. Примером комбинированного МН может служить супермаховик из высокопрочного волокнистого материала, имеющего относительно малый модуль упругости. При вращении данного МН в нем наряду с кинетической энергией запасается потенциальная энергия упругой деформации. При извлечении накопленной энергии из такого МН достигается использование обоих ее видов.

По уровню удельной накопленной энергии, приходящейся на единицу массы или объема аккумулирующего элемента, динамические инерционные МН существенно превосходят некоторые другие разновидности накопителей энергии (НЭ) (например, индуктивные и емкостные накопители). Поэтому МН представляют большой интерес для применения в различных отраслях техники и научных исследований.

Отдельные виды МН нашли к настоящему времени крупномасштабное применение в электроэнергетики, например, гидроаккумулирующие установки электрических станций. Зарядно-разрядный цикл их работы достигает десятков часов.

Для инерционных МН характерны кратковременные разрядные режимы. Отбор энергии от МН сопровождается уменьшением угловой скорости маховика до допустимого уровня. В отдельных случаях торможение может происходить вплоть до полной остановки маховика. Возможны «ударные» разряды, отличающиеся одноразовым или циклическим отбором запасенной энергии, причем вследствие большого кинетического момента и малого времени разряда МН снижение угловой скорости его ротора относительно невелико, хотя отдаваемая мощность может достигать достаточно высоких значений. В таком режиме МН особые требования предъявляются к обеспечению прочности вала. Под воздействием крутящего момента в валу возникают опасные касательные напряжения, часть кинетической энергии ротора переходит в потенциальную энергию упругих деформаций кручения вала. Для преодоления указанных затруднений в отдельных конструкциях МН предусматриваются упругие или фрикционные муфты.

Статические МН сохраняют запасенную энергию, находясь в неподвижном состоянии. Носителями потенциальной энергии в них служат упруго деформированные твердые тела или сжатые газы, находящиеся под избыточным давлением, а также массы, поднятые на высоту относительно земной поверхности. Типичными примерами статических МН являются растянутые или сжатые пружины, резина; газобаллонные аккумуляторы; пневмоаккумуляторы; ударные устройства различных копров (например, для забивания свай); водохранилища гидроаккумулирующих электростанций, баки водонапорных установок.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >