Комбинированный способ накопления энергии

Комбинированный способ накопления энергии заключается в том, что два одинаковых по массе маховика, валы которых расположены параллельно в горизонтальной плоскости, подвешены на вертикальных ветвях цепных передач с помощью приводного и поддерживающего петлевых захватов, раскручивают равноускоренно до допустимой скорости во взвешенном состоянии совместно энергией поля тяготения и уравновешенным электроприводом с помощью четырех бесконечных цепных передач. После разгона маховиков электропривод автоматически переключается в генераторный режим, энергию накапливают в электрических накопителях, преобразуют в стандартный вид для использования потребителями. В исходном и в генераторном режимах корпуса приводных захватов опираются на упоры. В двигательном режиме снятие с упоров автоматически производят кратковременным резким увеличением скорости движения цепей, после чего скорость снижается так, чтобы маховики вошли во взвешенное состояние и потом создают равноускоренное движение цепей, при котором маховики раскручиваются во взвешенном состоянии до допустимой скорости вращения. Достигаемый результат заключается в том, что работа накопителя энергии продолжается циклически, непрерывно и не ограничивается длиной цепи. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области накопления механической энергии с помощью маховичных накопителей.

Уровень техники

Известно накопление механической энергии с помощью вращения массивных маховиков (см. Накопители энергии; Учеб. пособие для вузов / Д.А. Бут и др.; Под ред. Д.А. Бута. - М.: Энергоатамиздат. 1991. - 400 с. ил.). В электромашинных накопителях энергии разгон маховиков осуществляют электродвигателями, которые во время разрядки накопителя переводят в генераторный режим.

Известен способ преобразования потенциальной энергии в кинетическую в опытах с маятником Максвелла, представляющим собой диск, жестко насаженный на горизонтальный вал, подвешенный на двух тонких нерастяжимых нитях, намотанных на вал, в котором потенциальная энергия диска переходит в кинетическую энергию его движения, складывающуюся из поступательного движения центра масс и вращения, (см. Бать М.И. и др. Теоретическая механика в примерах и задачах. / Под ред. Д.Р. Меркина. т.II. Динамика. - 7e изд., перераб. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985, с.270).

Накопленная энергия вращения диска превращается в работу подъема диска и повторения затухающих колебаний маятника.

Неотложным условием преобразования потенциальной энергии в приведенном маятнике является снижение по высоте диска, а после затухания колебаний диск необходимо поднять на исходную начальную высоту.

Из теоретической механики (см. Бать М.И. и др. Теоретическая механика в примерах и задачах: Учеб. пособие для втузов. В 3-х т. Т.II. Динамика. - 8-е изд., перераб. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 1991, с.556) известен пример свободного перемещения в пространстве сплошного цилиндра с горизонтальной осью. На цилиндр намотана нить, свободный конец которой движется равноускоренно вверх. Из теоретических выкладок этого источника (с.558) следует, что при ускорении движения нити вверх, в два раза большем, чем ускорение свободного падения, цилиндр будет вращаться, сохраняя центр масс неподвижным.

Если предположить, что вся нить размоталась, отсоединилась от цилиндра, а цилиндр концами своей оси оперся на неподвижные скользящие гнезда подпятников, цилиндр будет продолжать вращаться, пока не израсходуется запасенная энергия, пропорциональная силе тяжести цилиндра, его моменту инерции и времени от начала движения нити вверх до ее отсоединения. Практически время разгона цилиндра ограничивается длиной нити.

Приведенный пример в последнем источнике из теоретической механики взят в качестве прототипа предлагаемого комбинированного способа накопления энергии.

Основным недостатком накопления энергии в приведенных примерах является конечная длина нити.

Предлагаемый комбинированный способ накопления энергии устраняет зависимость накопленной энергии от длины нити.

В предлагаемом комбинированном способе накопления энергии два одинаковых по массе маховика, валы которых расположены параллельно в горизонтальной плоскости, подвешенные на вертикальных ветвях цепных передач с помощью приводного и поддерживающего петлевых захватов, раскручивают равноускоренно до допустимой скорости во взвешенном состоянии совместно энергией поля тяготения и электроприводом с помощью четырех бесконечных цепных передач, которые восходящими ветвями в приводном захвате петлеобразно охватывают по две звездочки, жестко соединенных с валами каждого маховика, а нисходящие ветви поддерживают противоположные валы с помощью специальных поддерживающих петлевых захватов.

Альтернативно, в предлагаемом комбинированном способе накопления энергии может использоваться любая гибкая передача, например зубчатая ременная передача.

После разгона маховиков до допустимой скорости электропривод с двигательного режима переключают автоматически в генераторный режим, энергию от которого накапливают в электрических накопителях, преобразуют в стандартный вид для использования потребителями. В генераторном режиме приводные захваты валов маховиков опирают на упоры. В двигательном режиме снятие с упоров автоматически производят кратковременным увеличением скорости движения цепи, после чего скорость снижается так, чтобы маховики находились во взвешенном состоянии, и потом создают равноускоренное движение цепей, при котором маховики раскручиваются во взвешенном состоянии до допустимой скорости вращения, при которой происходит переход электропривода в генераторный режим. Работа продолжается циклически. Приводные захваты включают в себя звездочки на валах маховиков и четыре направляющих ролика для создания огибания звездочки цепью. Поддерживающие захваты на противоположных ветвях цепей выполнены аналогично, только вместо звездочки используется ролик, свободно вращающийся на валу маховика. Каждые две пары восходящих ветвей цепной передачи, симметрично расположенные по отношению к маховику вдоль его оси, приводят в движение с помощью зубчатых передач от электропривода, нисходящие ветви проходят через поддерживающие захваты на противоположном валу с маховиком. Каждый вал с маховиком переплетен четырьмя ветвями цепных передач и в двигательном режиме взаимно уравновешивают друг друга.

В исходном состоянии корпуса приводных захватов валов маховиков опираются на упоры. Включают электропривод, раскручивают маховики до начальной скорости около 10% от максимальной, на короткое время резко увеличивают скорость так, чтобы между упорами и приводными захватами валов образовался зазор около 0,1-0,5 мм, затем скорость снижают, добиваясь взвешенного состояния маховиков, и с этого момента скорость ускоренно увеличивают до максимальной скорости вращения, после чего электропривод переводят в генераторный режим, приводные захваты валов маховиков опускаются на упоры.

Разрядку маховичного накопителя продолжают до тех пор, пока скорость вращения не снизится до 10% от максимальной скорости, и работа продолжается циклически. Зазор между захватами валов маховиков и упорами контролируется датчиками положения, по сигналам которых микропроцессорное устройство управления регулирует скорость движения цепей согласно установленной программе.

Электропривод работает на уравновешенную нагрузку, которую создают за счет двух маховиков, которые образуют взаимные противовесы друг другу в двигательном режиме электропривода.

Схема способа показана на фиг.1, а на фиг.2а и 2б представлены схемы приводного и поддерживающего петлевых захватов.

Пример осуществления изобретения.

В жестком корпусе 1 (фиг.1) закрепляют четыре цепных передачи 2, два привода зубчатых передач 3, два одинаковых по массе маховика 4,5 с двумя приводными петлевыми захватами 6 и двумя поддерживающими петлевыми захватами 7 на каждом валу 8.

Валы маховиков расположены параллельно в горизонтальной плоскости посередине высоты жесткого корпуса.

Симметрично относительно центров маховиков по обе стороны расположены по две цепные передачи, причем крайние цепи движутся в одном направлении, средние - в противоположном. Цепи приводятся в движение электроприводом 9, включающим одну электрическую машину, работающую в двух режимах - двигательном и генераторном, редуктор 10 с двумя одинаковыми выходами 11, каждый связан с двумя цепями одного направления.

Каждый выход редуктора нагружен на взаимно уравновешенную нагрузку, например, состоящую из силы тяжести первого маховика 4, действующего на вертикальные восходящие ветви цепных передач и силы тяжести второго маховика 5, действующую на цепную передачу через поддерживающие петлевые захваты 7 в нисходящих ветвях.

Аналогично нагружен другой вал редуктора силой тяжести маховика 5, действующей на свою пару вертикальных восходящих ветвей цепной передачи и силой тяжести первого маховика 4, действующую на цепную передачу через поддерживающие петлевые захваты в нисходящих ветвях.

Корпуса приводных петлевых захватов 12 (фиг.1 и фиг.2а) в исходном и генераторном режимах опираются на упоры 13. Зазор между захватами и упорами контролируют датчиками положения 14. Корпуса всех захватов имеют свободу движения только в вертикальной плоскости по направляющим 15. Каждая цепь содержит две звездочки: одна - ведущая 16, жестко сопряжена с шестерней привода 17, свободно вращается на оси 18 (фиг.1), другая 19 (фиг.2а) - жестко соединена с валом 8 маховика (фиг.1). Кроме звездочек, каждая цепь содержит двенадцать роликов: три ролика 20 поддерживают цепь на одной верхней оси 18 и двух нижних 21 (фиг.1), по четыре ролика 22 используются в устройствах приводных петлевых захватов (фиг.2а). В поддерживающих петлевых захватах (фиг.2б) используется пять роликов 23 (фиг.2б). Расстояние между валами в горизонтальной плоскости выбирают из условий обеспечения минимального зазора между поверхностями вращающихся маховиков. Регулировку провисания цепей производят перемещением нижних осей 21. Смазка цепей происходит в масленой ванне 24. Микропроцессорное устройство управления 25 электроприводом 9 получает сигналы с датчика положения 14, с датчика скорости вращения 26 электропривода 9, с датчика температуры 27 масла в ванне 24, посылает сигналы управления электроприводом и накопителем 28 сообразно установленной программе.

Приводной петлевой захват состоит из корпуса 12, в котором на подшипниках закреплены четыре направляющих ролика 22, и на валу маховика, проходящем через подшипники в корпусе 12, жестко насажена ведомая звездочка 19. Корпус захвата может свободно двигаться вверх и вниз вдоль цепи 2 по скользящим направляющим 15 и опираться на упор 13, жестко связанный с корпусом направляющих. Зазор между корпусом захвата и упором контролируется датчиком положения 14. Корпус направляющих жестко связан с корпусом 1 цепной передачи 2 (фиг.1).

Схема поддерживающего петлевого захвата (фиг.2б) аналогична схеме приводного петлевого захвата, отличается лишь тем, что вместо звездочки на валу маховика свободно вращается на подшипнике ролик 23 и отсутствуют упоры под корпусом захвата.

По установленной программе в микропроцессорном устройстве управления 25 включают электропривод 9, раскручивают маховики 4,5 до начальной скорости около 10% от максимальной, на короткое время резко увеличивают скорость так, чтобы между упорами 13 и приводными захватами 12 образовался зазор около 0,1-0,5 мм, затем скорость снижают, добиваясь взвешенного состояния маховиков, и с этого момента скорость ускоренно увеличивают до максимальной скорости вращения, после чего электропривод переводят в генераторный режим, приводные захваты 12 валов маховиков 4,5 опускаются на упоры 13. Разрядку маховичного накопителя продолжают до тех пор, пока скорость вращения не снизится до 10% от максимальной, снова по программе включается двигательный режим и работа продолжается циклически, непрерывно до команды на останов.

Альтернативно, другой пример осуществления изобретения может быть с использованием зубчатой ременной передачи или любой гибкой передачи вместо цепной.

1. Комбинированный способ накопления энергии, заключающийся в том, что два одинаковых по массе маховика, валы которых расположены параллельно в горизонтальной плоскости, подвешены на вертикальных ветвях цепных передач с помощью приводного и поддерживающего петлевых захватов, раскручивают равноускоренно до допустимой скорости во взвешенном состоянии совместно энергией поля тяготения и электроприводом с помощью четырех бесконечных цепных передач, которые двумя восходящими ветвями в приводном захвате петлеобразно охватывают по две звездочки, жестко соединенных с валом каждого маховика, а нисходящие ветви поддерживают противоположный вал с помощью поддерживающих петлевых захватов, переключают электропривод с двигательного режима в генераторный, электрическую энергию накапливают в электрических накопителях, преобразуют в стандартный вид для использования потребителями, в генераторном режиме приводные захваты валов маховиков опираются на упоры до тех пор, пока скорость вращения не снизится до 10% от максимальной, вновь автоматически включается двигательный режим, приводные петлевые захваты снимаются с упоров кратковременным увеличением скорости движения цепи, после чего скорость снижается так, чтобы маховики находились во взвешенном состоянии, и потом создают равноускоренное движение цепей, при котором маховики раскручиваются во взвешенном состоянии до допустимой скорости вращения, включается генераторный режим, работа продолжается циклически, непрерывно.

2. Cпособ по п.1, отличающийся тем, что маховики уравновешивают друг друга за счет поддерживающих петлевых захватов в нисходящих ветвях цепной передачи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению. Маховик содержит ведущий диск, амортизационный диск, зубчатое кольцо, втулку диска маховика, соединяющуюся с диском маховика, установочный диск, скрепленный с ведущим диском и рессору.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах транспортных средств. Аккумулятор механической энергии включает вал (1), на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн (2) и установлены барабан (4) и обгонная муфта (19).

Изобретения относятся к устройствам для накопления энергии. Маховик включает пакет маховиков (1) в виде дисков равной прочности с ободьями, две щеки (2) с прикрепленными к ним цапфами (6) и промежуточные кольца (3) с винтовой резьбой на внешней цилиндрической поверхности.

Изобретения относятся к устройствам для накопления энергии. Способ подготовки маховика к эксплуатации заключается в том, что маховик (3) перед началом эксплуатации разгоняют в корпусе (1) до скоростей, при которых происходит упругое увеличение диаметра обода (5) и пластическая деформация диска (4).

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к маховикам коленчатого вала двигателя автомобиля. .

Изобретение относится к устройствам для накопления энергии. .

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться, в частности, в качестве накопителя энергии в гибридных силовых агрегатах автомобилей. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к устройствам для гашения колебаний виброизолируемых объектов и предназначено для применения преимущественно в подвесках транспортных средств.

Изобретение относится к машиностроению. Устройство содержит тело с инерционной массой (30), соединенное с вращательным валом (13) устройства передачи мощности (5). Устройство передачи мощности передает вращательную мощность от источника приведения (4) в движение на ведущее колесо (10) транспортного средства (2). Переключающее устройство (40) установлено между вращательным валом и телом с инерционной массой и переключает тракты. В первом тракте (42) вращательный вал и тело с инерционной массой соединены друг с другом посредством упругого тела (41). Во втором тракте (43) вращательный вал и тело с инерционной массой соединены друг с другом без прохождения через упругое тело. Достигается уменьшение крутильных колебаний в приводной системе. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области машиностроения. Маховик содержит: вал, диск, установленный на валу, навивку, выполненную из гибкого материала, бандаж, выполненный намоткой гибким материалом и расположенный над навивкой. Гибкий материал навивки и бандаж выполнены из волокна, соединенного клеем. Диск целиком выполнен из навивки в виде единой детали. Прокладка расположена между диском и бандажом, скрепленная клеем с навивкой диска и намоткой бандажа. Толщина бандажа выбрана меньшей радиуса диска не менее чем на порядок. Прокладка выполнена из материала с модулем упругости, меньшим модуля упругости материала бандажа и диска, с плотностью материала в интервале от 0,2 до 5 плотности материала бандажа и диска и с толщиной в интервале от 0,2 до 2 толщины бандажа. Достигается повышение безопасности и надежности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройству, соединяющему маховик двигателя с приводными элементами. Система содержит двигатель внутреннего сгорания с коленчатым валом, маховик (2), который с помощью соединительного устройства (1) соединен с приводными элементами, при этом между маховиком (2) и соединительным устройством (1) расположена передающая крутящий момент промежуточная часть (4), и стартер-генератор (5), расположенный внутри корпуса (6) маховика и соединенный с коленчатым валом. Промежуточная часть (4) в своем центре (10) имеет отверстие (11), которое предназначено для опоры с возможностью осевого сдвига тела (12) вала. Тело (12) вала соединено через гибкий передаточный элемент (13) с соединительным устройством (1). Достигается упрощение конструкции. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к машиностроению. Способ заключается в том, что обод маховика выполняют из лент магнитопласта, намагниченных поперек ее толщины. Вакуумированный корпус имеет внутренний магнит, выполненный намоткой такими же лентами магнитопласта со встречной относительно обода маховика намагниченностью. Накопитель содержит обод маховика, подвес и вакуумированный корпус. Обод и корпус изготавливают в виде колец, выполненных путем намотки лент магнитопласта, имеющих противоположную намагниченность. Достигается повышение удельной энергоемкости механического накопителя энергии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения. Механический накопитель содержит маховик и привод в виде магнитного редуктора, размещенные соосно и в герметично разделенных между собой корпусах. Маховик расположен внутри вакуумированного корпуса. Обод маховика выполнен в виде намотки на поверхность обечайки маховика лент магнитопласта, намагниченных поперек их ширины. Вакуумированный корпус содержит внутренний магнит, выполненный намоткой лентами магнитопласта со встречной относительно обода маховика намагниченностью. Устройство ввода-вывода энергии выполнено в виде магнитного редуктора, включающего вал быстрого вращения. Вал медленного вращения включает полый цилиндр, статор, содержащий магнитопровод с зубцами на его внутренней поверхности. Полый цилиндр статора герметично и механически связан одним своим торцом с корпусом через немагнитное кольцо. Полые цилиндры статора и ротора медленного вращения включают чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, направленные вдоль оси вращения. Достигается уменьшение потерь при преобразовании энергии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к тяговому электроснабжению электрифицированного железнодорожного транспорта. Тяговая подстанция постоянного тока с инерционным накопителем энергии содержит силовой трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр с реактором, инерционный накопитель, блок преобразования, регулирования и перераспределения энергии, датчики тока и напряжения. Блок преобразования, регулирования и перераспределения энергии включает в себя автоматический привод, который соединен с накопителем и с автоматической раздаточной коробкой. Раздаточная коробка посредством валов имеет соединение с двигателем постоянного тока, с генератором постоянного тока и с трехфазным генератором. Двигатель и генератор постоянного тока через полупроводниковые ключи подключены к плюсовой и минусовой шинам тяговой подстанции. Трехфазный генератор подключен через блок полупроводниковых ключей к питающей трехфазной сети. При этом управляющие выводы автоматического привода с автоматической раздаточной коробки, всех полупроводниковых ключей соединены с соответствующими выводами блока управления, к входам которого подключены выходы датчиков тока и напряжения и выход датчика уровня заряда накопителя. Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности и надежности работы тяговой подстанции. 1 ил.

Комбинированный способ накопления энергии заключается в том, что два одинаковых по массе маховика, валы которых расположены параллельно в горизонтальной плоскости, подвешены на вертикальных ветвях цепных передач с помощью приводного и поддерживающего петлевых захватов, раскручивают равноускоренно до допустимой скорости во взвешенном состоянии совместно энергией поля тяготения и уравновешенным электроприводом с помощью четырех бесконечных цепных передач. После разгона маховиков электропривод автоматически переключается в генераторный режим, энергию накапливают в электрических накопителях, преобразуют в стандартный вид для использования потребителями. В исходном и в генераторном режимах корпуса приводных захватов опираются на упоры. В двигательном режиме снятие с упоров автоматически производят кратковременным резким увеличением скорости движения цепей, после чего скорость снижается так, чтобы маховики вошли во взвешенное состояние и потом создают равноускоренное движение цепей, при котором маховики раскручиваются во взвешенном состоянии до допустимой скорости вращения. Достигаемый результат заключается в том, что работа накопителя энергии продолжается циклически, непрерывно и не ограничивается длиной цепи. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх