Site Loader

Содержание

Маховики для маховичного накопителя

 

В настоящее время, существуют пять основных типов маховиков:

Рис.3.1. Диск с отверстием;

Рис.3.2. Обод со спицами;

Рис.3.3. Диск равной прочности;

Рис.3.4. Кольцевой маховик;

Рис.3.5. Супермаховик.

 

 

Общеизвестно, что энергия каждого килограмма маховика зависит от его формы и прочности. Если сравнивать вышеуказанные типы маховиков по этим критериям, то сразу отпадает маховик в виде диска с отверстием как наиболее неэффективный. Как правило, это малая прочность материала, из которого он обычно изготавливается, т.е. стальные поковки или отливки. А крупные отливки или поковки даже из лучших сортов стали не слишком прочны. В таких изделиях невозможно избежать мельчайших дефектов, сильно уменьшающих прочность всего маховика. Чем прочнее литой или кованый маховик, тем опаснее его разрыв, если он приключится, и тем больший запас прочности понадобится, чтобы уберечь маховик от разрыва.

Далее по эффективности накопления энергии идет маховик в виде обода со спицами. Такой маховик накапливал энергии в каждом килограмме своей массы раза в полтора больше.

Однако потом точные расчеты показали, что выгоднее помещать массу не дальше от центра, а, наоборот, ближе к центру, вследствие чего появились маховики, тонкие по краям и утолщающиеся к середине, — диски «равной прочности». Энергии они могут накопить в два раза больше, чем обод со спицами, и в три раза больше, чем диск с отверстием, при той же массе маховика.

Рассмотрим следующий вариант из нашего списка. Это супермаховик. Простейший пример, это кусок троса, зажатый в кольцевом зажиме – оправке, которая в свою очередь посажена на вал.

В чем преимущества такого супермаховика? Если вращать вал с оправкой и тросом в ней, то трос, как и обычный маховик, накопит кинетическую энергию. При этом частицы троса, стремясь двигаться по инерции, будут все сильнее растягивать его, пытаясь разорвать. Наибольшая нагрузка тут приходится на середину троса. При увеличении скорости сверх меры трос начнет рваться, но рваться по частям, по одной проволочке, а тоненькие проволочки не способны пробить даже легкий защитный кожух, т.е. разрыв супермаховика происходит безопасно.

Так как прочность проволоки (стальной струны) выше прочности монолитного стального куска примерно в пять раз, то супермаховик из струны при прочих равных условиях накопит энергии во столько же раз больше, чем обычный маховик стой же массой. Благодаря же большей безопасности, супермаховику не нужен слишком большой запас прочности, и его следует уменьшить примерно вдвое по сравнению с маховиком. Следовательно, супермаховик из троса может накопить в каждом килограмме массы в десять раз больше энергии, чем обычный стальной маховик.

Большие перспективы сулят так называемые кольцевые супермаховики. Такой супермаховик представляет собой кольцо, навитое из высокопрочного волокна и помещенное в вакуумную камеру в форме бублика – тора. Поскольку кольцевой супермаховик лишен центра, в нем наиболее полно реализуются прочностные свойства волокон. Кольцевой супермаховик удерживается в камере в подвешенном состоянии с помощью магнитных опор, размещенных в нескольких местах по окружности. Само кольцо служит ротором мотор — генератора, а те места, в которых стоят обмотки магнитов, — статором. Это упрощает отбор энергии и зарядку супермаховика.

Если сравнивать кольцевой супермаховик со стальным маховиком из самой прочной стали, плотность энергии кольцевого супермаховика в 2 – 3 раза больше и достигает 0,5 мегаджоуля на килограмм массы. Потери на вращение у него в 50 – 100 раз меньше, чем у стального. Так как отсутствуют самые большие потери – потери на трение в подшипниках.

К сожалению, в нашем случае кольцевые маховики мы вынуждены исключить из рассмотрения по двум причинам: сложность подвесной системы и дороговизна изготовления.

С учетом всего вышеизложенного из всех вариантов выбираем супермаховик.

Опыт показал, что для супермаховиков, кроме прочности и размеров решающее значение имеет их масса. Как ни парадоксально, но чем легче супермаховик, тем лучше.

Плотность энергии маховика определяется удельной прочностью, то есть отношением прочности к удельному весу материала.

Поэтому в качестве материала маховика выберем борное волокно, как наиболее выгодное по показателю удельной прочности.

Таблица 3.1.

Материал

Предел прочности,

109,(Н/м2)

Плотность,

 103,( кг/м3)

Линейная скорость, V

max (м/с)

Стальная проволока

3,1

7,8

632

Стекловолокно

2,1

2,1

1000

Угольное волокно

1,22

1,1

1049

Борное волокно

5,9

2,0

1673

 

 

Известно, что емкость супермаховика определяется частотой вращения, массой и его геометрическими размерами (внешним и внутренним радиусом).

Энергия, запасенная супермаховиком, определяется по формуле:

 

W=E/3600, Вт*ч

где Е определяется по формуле:

 

E=J/2*(w12-w22), Дж

 

где w12 – максимальная угловая скорость вращения супермаховика, рад/с;

w22 – минимальная угловая скорость вращения супермаховика, рад/с;

J – момент инерции, кг*м2;

Момент инерции определяется по формуле:

 

J=M/2*(R2+r2), кг*м2;

 

где М – масса, определяется по формуле:

 

M=(p*(R2-r2)*h*g)/2, кг

 

где R – внешний радиус супермаховика, м;

r – внутренний радиус супермаховика, м;

h – толщина, м;

g — плотность материала, из которого изготовлен супермаховик, кг/м3;

Отсюда энергию, запасенную супермаховиком, можно определить по формуле:

 

W=(p*(R4-r4)*h*g*(w12-w22))/(8*3600), кВт*ч;

 

Супермаховик из борного волокна конструктивно представляет собой обод со ступицей, на который определенным образом намотано борное волокно (Рис.3.6.).

Основной проблемой в данном случае является то, что на высоких оборотах предъявляются высокие требования к качеству и точности изготовления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    Борное волокно

 

                                                    Металлическая ступица

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наиболее важным моментом в изготовлении супермаховика является способ намотки борного волокна на металлическую ступицу, потому что намотка супермаховика должна начинаться со ступицы и на ней должна заканчиваться (Рис.3.7.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Это объясняется тем, что крайние наружные витки подвергаются при вращении более сильным растягивающим усилиям, чем внутренние витки. Поэтому чтобы уменьшить вероятность разрыва волокна, намотка должна осуществляться подобным образом.

 

 

<< К оглавлению  Дальше>>

Материал для маховика — Libtime

  1. Главная
  2. Наука
  3. Материал для маховика
Елена Голец 7821 Материал для маховика —это для примера. С таким же успехом можно было задать вопрос: из какого материала делать ракеты и теннисные ракетки, лодки и шесты для прыжков, топливные баки и корпуса автомобилей? И ответить: рациональнее всего из композитов.

Что такое маховик

Что такое маховик и для чего он нужен? В политехническом словаре за 1977 год сказано, что маховик — это колесо с массивным ободом, устанавливаемое на валу машины с неравномерной нагрузкой для выравнивания ее хода. Если иметь в виду только эту цель, то для изготовления маховиков целесообразно выбирать как можно более тяжелый материал, чтобы они справлялись со своей задачей при сравнительно небольших размерах. Маховик — колесо с массивным ободом. С тех пор роль маховиков в технике существенно расширилась.  Во всяком  случае,  приведенное определение явно  неполное. Сегодня повышенный интерес к маховикам связан не только и не столько с их традиционным использованием для выравнивания нагрузки на валах поршневых двигателей, компрессоров, насосов и других машин, сколько с проблемой рекуперации механической энергии, то есть использования энергии, погашаемой при торможении машин. Суть проблемы состоит в следующем. Движущиеся поезда, автомобили, трамваи, троллейбусы, автобусы периодически (и довольно часто) нужно останавливать. Для этого, как известно, служат тормоза. Но при каждом торможении кинетическая энергия транспортного средства переходит в тепло, нагревая тормозные колодки, диски и безвозвратно рассеиваясь в окружающей среде. При современном энергетическом кризисе такое расточительство недопустимо. Как показывают подсчеты, примерно половина энергии, развиваемой двигателями, теряется при торможении.

Маховик — аккумулятор механической энергии

Вот маховики-то и могут помочь резко снижать эти потери. Маховик — аккумулятор механической энергии, то есть устройство, позволяющее накапливать механическую энергию, хранить ее и при необходимости опять выделять. Если массивный маховик заставить вращаться с большой скоростью, он может за счет своей инерции развить мощность, достаточную для того, чтобы привести в движение автобус или поезд. Это его свойство и навело на мысль: вместо того, чтобы тратить кинетическую энергию машины на нагрев тормозов, ее нужно расходовать на раскручивание маховика, установленного на машине. Маховик — аккумулятор механической энергии. При торможении маховик накапливает энергию, а когда возникнет необходимость снова тронуться с места, эта энергия будет передаваться с помощью специальных механизмов на ведущие колеса. Иными словами, разгон будет осуществлять энергия, накопленная при торможении. Это позволит на 30— 50 % сэкономить горючее, значительно уменьшить количество токсичных выхлопных газов, повысить проходимость. В наше время все это настолько важно, что имеет прямой смысл заняться разработкой транспортных средств, снабженных маховиками, которые играют роль дополнительных источников энергии. И во всем мире такими разработками усиленно занимаются. Основное требование, предъявляемое к маховику, вытекает из его назначения: он должен накапливать при вращении как можно больше энергии. Если маховик представить в виде тонкого кольца, величина этой энергии Е оценивается формулой:

Е=0,5 mV2,                                       (1)

где m— масса кольца, V — линейная скорость его вращения. Из этой формулы следует, что для увеличения энергоемкости маховик следует делать как можно тяжелее и вращать с максимально возможной скоростью.

Какой применить материал для маховика

Возникает вопрос, какой применить материал для маховика? Нужно взять материал с максимально высокой плотностью γ, чему соответствует вольфрам, плотность которого 19 300 кг/м3. Большую плотность имеют только осмий (γ=22 500 кг/м3), иридий (γ=22 400 кг/м3) и платина (γ=21 450 кг/м3), но это очень дорогие металлы. Рассмотрим вариант применения вольфрама. До какой скорости можно раскручивать маховик? Ясно, что не до бесконечно большой. Предельная скорость вращения ограничена прочностью материала. Известно, что при достижении определенной скорости вращения маховик может разорваться. Поскольку эти скорости составляют десятки и сотни метров в секунду, от такого разрушения ничего хорошего ждать не приходится. В лучшем случае дело кончится поломкой вала и ходовой части машины. Но при разрыве маховик

Гиробус — Википедия

Gyrobus G3-3.jpg

Гиробус (от др.-греч. γῦρος «круг» и -бус) — особый вид автомобиля, а также троллейбуса с автономным ходом, движущийся за счёт кинетической энергии, накопленной вращающимся маховиком, приводящим в движение тяговый генератор. В настоящее время гиробусы не используются, хотя концепт гиробуса является объектом научно-технических изысканий.

Появление[править | править код]

Концепт автобуса, приводимого в движение маховиком, был разработан швейцарской фирмой Эрликон (Oerlikon) в 1940-х годах. Гиробус был разработан как альтернатива для аккумуляторных автобусов, которые задумывались как альтернатива троллейбусам на тех маршрутах, где строительство контактной сети не было оправдано.

Первые демонстрационные поездки гиробуса (с перевозкой пассажиров) состоялись в 1950 году. В течение ещё четырёх лет демонстрационные поездки устраивались в разных городах.

Эксплуатация в Швейцарии[править | править код]

Полноценная коммерческая эксплуатация гиробуса началась в октябре 1953 года. Этот маршрут соединял швейцарские коммуны Ивердон-ле-Бан и Грандсон. Однако он имел ограниченный пассажиропоток, и в 1960 году движение гиробусов там было закрыто по экономическим причинам (хотя с технической точки зрения опыт применения гиробусов на этом маршруте был успешным). Ни один из использовавшихся на швейцарском маршруте гиробусов не сохранился, как не сохранился и опытный, демонстрационный экземпляр.

Эксплуатация в Бельгийском Конго[править | править код]

Вторая гиробусная система была открыта в Леопольдвиле (ныне Киншаса, тогда столица колонии Бельгийское Конго, ныне — Демократическая Республика Конго). В Конго в 1955—1956 годах использовалось двенадцать гиробусов (хотя некоторые источники ошибочно сообщают, что гиробусов было семнадцать), которые обслуживали четыре маршрута. Заправочные станции располагались через каждые два километра. Использовавшиеся в Киншасе гиробусы были самыми большими гиробусами из когда-либо существовавших: они имели 10,4 метров в длину, весили 10,9 тонн и вмещали до 90 пассажиров. Их максимальная скорость составляла 90 километров в час.

Однако гиробусы в Конго быстро изнашивались. Вполне вероятно, что это было связано с привычкой водителей «сокращать» маршрут по дорогам без покрытия, которые превращались в настоящие болота после дождя.

Другими проблемами были поломки подшипников маховика и высокая влажность, которая приводила к перегрузке мотора. Однако закрытие системы было вызвано высоким потреблением энергии. Фирма-эксплуататор сочла, что расход энергии слишком высок (он составлял 3,4 кВт·ч на километр для одного гиробуса). Движение гиробусов в Конго прекратилось летом 1959 года. Ставшие ненужными гиробусы были брошены ржаветь рядом с гаражом.

Эксплуатация в Бельгии[править | править код]

Gyrobus G3-3.jpg Место водителя гиробуса Gyrobus G3-3.jpg Интерьер гиробуса

Третья и последняя гиробусная транспортная система имелась в Бельгии. Она состояла из одного маршрута (Gent Zuid-Merelbeke Molenhoek) и соединяла город Гент с его предместьем Мерелбеке. Эксплуатировало эту линию Национальное Общество Местных Железных Дорог (оно занималось эксплуатацией междугородных трамваев и автобусов). Подвижной состав состоял из трёх гиробусов, получивших обозначения G1, G2, G3. Для питания гиробусов использовалось напряжение в 380 вольт/50 герц. Гиробусное движение открылось 10 сентября 1956 года, однако просуществовало оно недолго, до 24 ноября 1959 года.

Имелось несколько причин прекращения использования гиробуса в Бельгии. Прежде всего он отличался высоким потреблением энергии — 2,9 кВт·ч/км, в то время как трамвай, перевозящий большее (в несколько раз) число пассажиров, расходовал 2—2,4 кВт·ч энергии на километр пути. Кроме того, гиробусы были признаны ненадёжными, к тому же на «заправку» уходило непозволительно много времени. Ко всему прочему, из-за большого веса (из-за тяжёлого маховика) гиробус повреждал дороги. Один из гентских гиробусов, G3, был сохранён. Его иногда демонстрируют на различных выставках и других подобных мероприятиях. Сейчас этот гиробус хранится во Фламандском музее трамваев и автобусов в Антверпене.

Дальнейшее развитие[править | править код]

Несмотря на неудачи, развитие гиробуса не прекратилось полностью.

В 1979 году компания «Дженерал Электрик» (США) заключила с департаментом энергии правительства США четырёхлетний контракт (стоимостью в пять миллионов долларов) на развитие прототипа автобуса с маховиком[1].

В 1980 году компания «Вольво» проводила эксперименты с маховиком, разгоняемым дизельным двигателем и используемым для рекуперации тормозной энергии. Впоследствии от этого проекта отказались в пользу гидравлических аккумуляторов[источник не указан 2080 дней].

В 2005 году Center for Transportation and the Environment (центр транспорта и окружающей среды), работая совместно с Университетом Техаса в Остине, Центром электромеханики (Center for Electromechanics), Test Devices, Inc., и DRS начал поиски спонсора для финансирования разработки прототипа нового гиробуса[2].

Gyrobus G3-3.jpg Моторное отделение гиробуса. Справа виден трёхфазный двигатель, ниже него — картер маховика Gyrobus G3-3.jpg Видны три поднятые заправочные штанги

Аккумулятором энергии для гиробуса является маховик массой примерно в полторы тонны, который разгоняется до 3000 оборотов в минуту мотором-генератором. Трёхфазный мотор-генератор, разгонявший маховик, получал энергию через три короткие штанги, установленные на крыше гиробуса. Он работал в моторном режиме только эпизодически. Для этого вдоль маршрута следования гиробуса оборудовались «заправочные пункты» (обычно на некоторых остановках). На этих пунктах штанги гиробуса поднимались и прикасались к установленным над остановкой контактам трёхфазной электрической сети. После разгона маховика до нужных оборотов штанги опускались, агрегат переключался в режим генератора, и гиробус следовал до следующей «заправки».

При необходимости энергия вращающегося маховика могла отдаваться обратно в сеть.

Гиробус имел электрические тормоза, при торможении производилась рекуперация энергии, что увеличивало запас хода.

«Заправка» гиробуса занимала от 30 секунд до 3 минут. В целях уменьшения её времени напряжение контактной сети было повышено с первоначальных 380 вольт до 500 вольт.

«Заправленный» гиробус мог проехать примерно 6 километров со скоростью в 50—60 км/ч.

Преимущества[править | править код]

  • Бесшумный ход.
  • Экологически чистый.
  • Не требует непрерывной контактной сети (в отличие от троллейбуса).
  • Возможность гибко изменять маршрутную сеть в случае необходимости.

Недостатки[править | править код]

  • Большой вес — гиробус, предназначенный для перевозки 20 человек на 20 километров, должен иметь маховик массой в 3 тонны.
  • Вращающийся со скоростью в 3000 оборотов в минуту маховик требует особых мер безопасности (линейная скорость обода маховика достигает 900 километров в час)
  • Управлять гиробусом сложно, так как его маховик обладает свойствами гироскопа (стремится сохранять неизменное положение в пространстве).
  • Из-за гироскопического эффекта возникают сильные перегрузки и быстрый износ подшипников маховика.

«Дальним родственником» гиробуса является автомотриса (самоходный вагон) с маховиком. Такие автомотрисы разрабатывает компания Parry People Movers. Автомотрисы имеют и дизельный двигатель, и маховик. Маховик позволяет рекуперировать энергию при помощи несложной механической трансмиссии (в простейшем случае достаточно вала отбора мощности и муфты сцепления) без использования капризных гидропневматических аккумуляторов или дорогостоящих электронных систем как на гибридных автомобилях, что делает такие автомотрисы дешёвыми, надёжными и экономичными.

В 2008 году английская железнодорожная компания London Midland заказала две автомотрисы Parry People Movers для использования на железнодорожной линии Stourbridge Town Branch Line[3].

  • De collectie van het Vlaams Tram- en Autobusmuseum (каталог Фламандского музея трамваев и автобусов), стр. 46—47.

Стационарные супермаховики в энергосистемах

Использование супермаховиков для накопления энергии считается самым перспективным. В нужное время значительную часть накопленной энергии можно получить как за короткое, так и за длительное время в зависимости от потребностей. Теоретические расчёты маховика и опыты показывают, что по количеству накопленной энергии на каждый килограмм веса, по продолжительности хранения энергии, сроку службы, маховики могут опережать аккумуляторы, конденсаторы и другие накопители. Но, реально работающие маховики имеют довольно скромные характеристики и вот почему.

Исследованиями накопителей энергии, в том числе и маховиков серьёзно занимался профессор Нурбей Владимирович Гулиа. Практической реализацией его идей занималась американская компания Beacon Power. Её накопители – это емкости-цилиндры, с подвешенными на магнитных подшипниках с супермаховиками внутри.   Выполненные из углеволоконного композита, маховики раскручиваются до 22500 об/мин, вращая ротор мотор-генератора, вырабатывающего ток при подключении нагрузки. При приеме энергии машина раскручивает маховик.

По расчетам Beacon Power супермаховики, объединенные в батарею по 10 накопителей, смогут обеспечивать мощность в 1 мегаватт и запасать энергию в 250 киловатт-часов. Летом 2011г компанией Beacon Power  в городе   Stephentown  (в штате Нью-Йорк) возведен первый в мире кластер из 200 маховичных накопителей. Такой «парк» способен вырабатывать мощность 20МВт, на что был получен государственный кредит для поддержки «зелёных технологий.

Принцип работы маховичных накопителей энергии основан на постепенном раскручивании вращающегося тела за счёт внешней энергии. Использование маховиков позволяет постепенно накапливать энергию при разгоне маховика, а затем отдавать её в виде электрической или механической энергии за короткое или длительное время.

Количество запасённой энергии в маховике зависит от массы, геометрических размеров и скорости вращения. При одинаковой массе больше энергии можно накопить при большей скорости. Но, скорость вращения ограничивается механической прочностью материала. Например, литые металлические диски или цилиндры имеют некоторые внутренние неоднородности и дефекты, которые могут привести к разрушению маховика и повреждению находящихся вблизи предметов. Поэтому проводились серьёзные исследования механической прочности различных материалов.

Основные элементы конструкции супермаховика должны обеспечивать надёжную и длительную работу. Для уменьшения потерь при больших оборотах от трения маховика о воздух, маховик рекомендуется размещать в вакуумной камере. Эта камера должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать атмосферное давление около 10 кг на квадратный сантиметр, а также обеспечить надёжную фиксацию подшипников и вала маховика. Если при аварии не будет разрушений корпуса, то всё равно вся накопленная энергия выделится в виде тепла. Для безопасности при испытаниях герметичную капсулу с маховиком размещают под землёй. Если вал для передачи механической энергии проходит через корпус, то трудно поддерживать вакуум. Приходится дополнительно задействовать вакуумные насосы. Можно разместить двигатель – генератор внутри капсулы, а электричество передавать по проводам, но тогда в вакууме не будет работать воздушное охлаждение и может понадобиться дополнительная система, например, жидкостного охлаждения. С некоторыми дополнительными потерями можно передавать энергию и с помощью вращающегося магнитного поля. Для уменьшения трения в подшипниках рекомендуется использовать магнитную подвеску маховика, которая должна взять на себя всю или часть нагрузки.

Разработана конструкция супермаховика без механической оси вращения. Намотанный из высокопрочного материала маховик находится в подвешенном состоянии за счёт использования электромагнитов. Маховик вращается за счёт использования вращающегося магнитного поля в обмотках электромагнитов. При работе маховика в качестве генератора, обмотки электромагнитов для съёма вырабатываемой электрической энергии.

Материалы для изготовления маховиков для получения максимального выхода энергии выбираются с учётом удельной прочности материала. Это предел прочности материала, отнесённый к его плотности. Его значение показывает, насколько прочной будет конструкция при заданной массе. Оказалось, что самые распространённые конструкционные материалы как сталь, алюминий и другие, уступают лёгким материалам по способности накапливать энергию в маховиках.

Приведу таблицу по максимальному запасу энергии в маховиках изготовленных из различных материалов. Для сравнения 1 кВт.ч равен 3,6 МДж.

  • Свинец – 0,45 – 0,75 кДж/кг
  • Медь – 3 -5 кДж/кг
  • Сталь – 30 – 50 кДж/кг
  • Титан, дюралюминий, магниевые сплавы 45 – 75 кДж/кг
  • Из берёзы, осины, ели 150 – 200 кДж/кг
  • Бамбук 300 – 500 кДж/кг
  • Стальная лента 100 кДж/кг
  • Стальной трос 300 – 500 кДж/кг
  • Литой кварц 1 МДж/кг
  • Графитное волокно 1 – 1,5 кДж/кг
  • Волокна стеклянных кварцевых нитей до 5 МДж/кг
  • Алмазное волокно 15 МДж/кг
  • Плотно упакованный азот 60 МДж/кг

Для повышения прочности вместо цельных маховиков использовали маховик намотанный из тонкой ленты. Это не только увеличило прочность, но и безопасность маховика при разрыве на предельных скоростях. Лучших характеристик удалось достичь при использовании намотки из троса. Такой маховик оказался в десять раз прочнее цельного кованного. Ещё лучше использовать в качестве материала для намотки маховиков не сталь, а волокна из стеклянных и кварцевых нитей, а также из синтетических материалов, например, кевлара. Прочность и энергоёмкость маховиков из этих материалов на единицу веса оказалась больше, чем у стали. При больших скоростях вращения запас энергии может оказаться, чем у обычных аккумуляторов. Кевлар, довольно дорогой материал, который используется для изготовления специальной защитной одежды для экстремальных видов спорта, бронежилетов. Самым лучшим и прочным материалом для намотки маховиков, со стоимостью в буквальном смысле на вес золота, в настоящее время считается суперкарбон. Теоретически маховики из этого материала могли бы накапливать до 1000 кВт.ч энергии на килограмм веса. Для уменьшения трения о воздух, предполагается размещать такой супермаховик в герметичной вакуумной камере. В интернете была информация, что использование супермаховика в автомобиле позволит накопить в нем такое количество энергии, которого должно хватить на весь срок службу автомобиля. Теоретически энергоемкость маховиков из суперкарбонового волокна может доходить до 2-3 ГДж/кг. Для сравнения килограмм тротила имеет энергоёмкость 15 МДж/кг. Значит, каждый килограмм супермаховика по энергоёмкости будет равен 200 килограмм тротила.

Мечтать, конечно, не вредно, но пора уже и спуститься на грешную землю поближе к реальности и попытаться понять, почему такие устройства не используются.

Недостатки маховиков редко анализируются в литературе. Но, если их не учитывать, то неизбежны серьёзные технические и финансовые просчёты. Поэтому перечислю некоторые основные недостатки маховиков.

  1. Прежде всего, необходимо понимать, что при аварии вся накопленная энергия выделится в лучшем случае в виде тепла, а причин для аварии больше чем достаточно.
  2. Не существует подшипников, способных долго работать при миллионах оборотов в минуту под большой нагрузкой.
  3. Обычно для использования в таких маховиках рекомендуют использовать магнитные подшипники, которые поддерживают на весу вращающийся маховик. При использовании постоянных магнитов трудно обеспечит равномерное магнитное поле по всему диаметру вращения, что приводит к биениям.
  4. Если использовать электромагниты, то даже для того, чтобы просто удерживать вес маховика в повешенном состоянии, нужен постоянно большой расход энергии.
  5. Необходима совершенная система управления электрической энергией для удержания маховика.
  6. Электромагниты обладают индуктивностью, поэтому невозможно очень быстро менять ток в них.
  7. Супермаховики, намотанные из синтетических материалов не обладают магнитными свойствами, чтобы ими можно было управлять с помощью электромагнитных полей магнитных подшипников.
  8. Волокна или ленты для супермаховиков для обеспечения жесткости необходимо наматывать на жесткий каркас, например, из цельного металла, который на разрыв во много раз слабее, чем намотка маховика.
  9. Предлагаемая конструкция супермаховика, не имеющего механической оси вращения и подвешенного в магнитном поле, обладает теми же недостатками, а кроме того, магниты на таком маховике, предназначенные для удержания его в подвешенном состоянии находятся ближе к наружному краю. На них будут действовать силы больше, чем способен выдержать цельный металл, тем более не выдержат крепления магнитов к ободу маховика.
  10. Необходимо обеспечить идельную динамическую балансировку маховика при разных оборотах.
  11. На витом маховике действующие на обмотку силы, способны растягивать волокна или ленты маховика. Должно происходить неравномерное расслоение намотки, что должно привести к разбалансировке, биениям и разрушению конструкции.
  12. Механические силы действуют не только на внешнюю намотку супермаховика, но и на обмотки магнитных подшипников и двигателя-генератора, особенно при быстром подключении нагрузки. Эти силы действуют на не очень прочную электрическую изоляцию и могут повредить её. Выход из строя магнитного подшипника способен привести к аварии с серьёзными разрушениями.
  13. Для работы магнитных подшипников постоянно надо расходовать большое количество энергии.
  14. При вращении металлических частей в магнитном поле возникает индукционный ток, который своим магнитным полем тормозит вращении е и уменьшат КПД системы.
  15. Общее количество энергии, запасенной в супермаховиках невелико по сравнению с количеством энергии, вырабатываемой электростанциями, поэтому система способна сглаживать только кратковременные пики потребления.
  16. Сложная система двигатель-генератор маховика для регулирования отбора электрической энергии из сети и с последующей отдачей энергии в сеть при пиковых нагрузках
  17. Про вес всей системы определяется общим количеством всего используемого оборудования, что снижает отношение накопленной энергии к массе всей системы.
  18. Целый ряд причин, ограничивающих применение маховиков на транспорте.

Все эти недостатки привели к тому, что система на супермаховиках для накопления в них электрической энергии и передачи её в сеть оказалась недостаточно эффективной и надёжной. Супермаховики оказались невостребованными и кампания Beacon Power, получившая государственный кредит на 43 млн. $, уже 30 октября 2011 года заявила о банкротстве.

Проклятье аккумуляции, или Почему не слышно про супермаховик?

Если позволите каплю эмоций, я не перестаю удивляться, какие страсти разгораются каждый раз, когда разговор в этой колонке заходит о «чистой энергии». Накал прошлонедельной дискуссии об эффективности солнечных батарей (см. «Домашняя энергонезависимость») оказался таким, что, посмотрев со стороны, можно подумать, будто обсуждают большую политику или как минимум сравнивают операционные системы! И лично для меня это лучшее доказательство того, что тема только кажется отработанной и устоявшейся, а на самом деле даже по элементарным вроде бы вопросам (вроде практической пригодности солнечных батарей в облачную погоду) существуют диаметрально противоположные точки зрения. Так что если у вас есть чем крыть, есть цифры, а тем более личный опыт, очень прошу поучаствовать в новой дискуссии. Потому что сегодня я рискну продолжить начатый в две прошедших недели разговор. Ведь энергию Солнца или ветра мало получить, её мало распределить по потребителям, её ещё жизненно важно научиться накапливать!

В самом деле, что проку от той же трёхкиловаттной икеевской солнечной электростанции, занимающей крышу частного дома, если она, способная с избытком удовлетворить потребности целого домохозяйства, работает только в светлое время суток? Идеально было бы накапливать остающийся во время генерации излишек («скушать» три киловатта — не шутка, мало какой бытовой прибор поглощает даже киловатт, и работают такие приборы, как правило, недолго: проточный нагреватель воды, духовка… У меня, правда, греет дом полуторакиловаттный биткойновый риг, но это редкость, согласитесь) и отдавать его по мере надобности ночью. Что ж, предположим, на ночь и сумерки, занимающие, скажем, 18 часов, дому нужны те же самые три киловатта. Значит, бытовой накопитель электроэнергии должен запасти, грубо, 54 киловатт-часа. Много это или мало?

Солнечная электростанция Solana.Солнечная электростанция Solana.

Нормально. И решение этой проблемы «в лоб», установкой электрического аккумулятора приемлемых габаритов и эксплуатационных свойств, то есть литий-ионного, уже возможно. Больше того, выпускаются серийные образцы аккумуляторных батарей именно такой ёмкости: это батареи электромобилей — к примеру, знакомого вам Model S от Tesla Motors, базовая комплектация которого включает батарею с ёмкостью 60 кВт•ч. Одна проблема: стоит такое решение 10 тысяч американских долларов, то есть дороже всей солнечной электростанции от той же IKEA. И ценам Элона Маска можно верить: они хоть и собирают свои батареи из чужих элементов (основу производит Panasonic), но используют их не только в автомобилях, а и на бытовых солнечных электростанциях, устанавливаемых компанией Solar City (один из проектов Маска, входит в число крупнейших установщиков солнечных батарей в США). Поскольку спроса на такие батареи, естественно, нет, Solar City пока ограничивается установкой сравнительно небольших аккумуляторов, способных поддержать базовые электропотребности среднего дома лишь на время кратковременных перебоев энергоснабжения.

Но это ещё не все плохие новости. Цифра, которую мы получили выше, можно сказать, обывательская. А профессионалы говорят так: запас энергии в доме должен быть минимум на три (облачных) дня, а лучше — на пять (тогда аккумуляторы прослужат дольше)! Так что в существующем виде электрические аккумуляторы неприемлемы даже для домашних нужд, не говоря уже о мощных электростанциях. Но как же быть? И как выкручиваются проектировщики больших энергогенерирующих объектов?

Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно посмотреть на вводимые в строй суперсовременные «чистые» электростанции. Скажем, на стартовавшую на днях в Штатах станцию Solana — занимающую площадь в несколько квадратных километров и самую мощную на планете (280 МВт, 70 тысяч среднестатистических домохозяйств). Так вот: никакого нанотеха, никаких чудес электрохимии. Всё просто: часть собранного солнечного тепла пускают на нагрев здоровенного резервуара с расплавом соли (некоторые соли, скажем, глауберова, твёрдые в охлаждённом состоянии, переходят в жидкую форму при нагревании), и ночью возвращаемое солью тепло нагревает воду до пара и крутит турбину. И вот это решение (точнее, его масштабы) называют «поворотной точкой для солнечной энергетики»! Вот он, пик чистых технологий XXI века: солевая грелка за два миллиарда долларов!

Solana изнутри: солевая грелка плюс водяной пар.Solana изнутри: солевая грелка плюс водяной пар.

Это и смешно, и грустно одновременно. Смешно — потому что в задаче аккумуляции энергии мы никак не уйдём от технологий столетней давности. Грустно — потому что решение этой задачи, насколько мне известно, существует давно, а честь открытия и разработки принадлежит нашему соотечественнику. Называется оно странным словом «супермаховик».

Реклама на Компьютерре

Должен предупредить сразу: описывая это творение инженерной мысли, я не могу быть абсолютно объективным. Потому что книга про супермаховик попала в мои руки, когда мне было что-то около десяти лет, и стала одним из кирпичиков, на которых и сформировалось моя любовь к технике. Поэтому ещё раз повторю, что буду рад любым доводам и аргументам. Но — к сути. В далёком 1986 году издательство «Детская литература» (!) выпустило книгу советского изобретателя Нурбея Гулиа «В поисках “энергетической капсулы”» (её копия, как раритетного издания, есть в Сети). С юмором и очень просто Гулиа описывает в ней своё становление инженера (так решили его знакомые: мол, если других талантов нет, дорога одна!) и выход на задачу, которая стала главной в его жизни. Это задача аккумуляции энергии — уже тогда, тридцать лет назад, стоявшая в полный рост. Перебрав механические, термические, электрические, химические решения, заглянув в то, что вскоре станет нанотехнологиями, Гулиа отверг их все по тем или иным причинам — и остановился на идее, известной с древности: массивном вращающемся теле, маховике.

171013-3

Мы находим маховик везде, от гончарного круга и примитивных водяных насосов до транспортных средств XX века и космических гироскопов. Как аккумулятор энергии он замечателен тем, что его можно быстро разогнать («зарядить») и быстро же остановить (получив значительную мощность «на выходе»). Одна проблема: энергоёмкость его недостаточна, чтобы претендовать на роль универсальной «энергетической капсулы». Плотность запасаемой энергии необходимо увеличить хотя бы в сотню раз. Но как это сделать? Увеличим скорость — маховик разорвёт и запасённая энергия причинит страшные разрушения. Наращивать габариты тоже не всегда возможно. Пропуская многолетний, интереснейший пласт исследований и размышлений (очень рекомендую книгу, читается и сегодня совершенно современно!), собственно вклад Гулиа можно свести к следующему: он предложил делать маховик не монолитным, а навивать — например, из стального троса или ленты. Возрастает прочность, низводятся до ничтожных последствия разрыва, а энергоёмкость даже самодельных образцов превышает параметры промышленных разработок. Эту конструкцию он и назвал супермаховиком (и запатентовал один из первых вариантов ещё в 1964-м).

Прорабатывая идею, он пришёл к мысли навивать маховик из графитового волокна (не забывайте, что фуллерены тогда только получили, а о графене и речи не шло), а то и более экзотических материалов вроде азота. Но даже 20-килограммовый супермаховик из углеродных волокон, технически возможный уже тогда, тридцать лет назад, был способен запасти энергию, достаточную для передвижения легкового автомобиля на 500 километров, со средней стоимостью стокилометрового броска в 60 американских центов.

Углеволоконный супермаховик.Углеволоконный супермаховик.

В случае с супермаховиками нет смысла возиться со сравнительными оценками — будь то запасаемая на единицу массы энергия или эксплуатационные характеристики: теоретически они превосходят все имеющиеся альтернативные решения. И области применения напрашивались сами собой. Помещённый в вакуум, на магнитной подвеске, с КПД выше 90%, выдерживающий невообразимое число циклов заряда-разряда, способный работать в широчайших диапазонах температур, супермаховик способен вращаться годами и обещал фантастические вещи: автомобиль от одной зарядки мог бы бегать тысячи километров, а то и весь срок службы, электростанция с упрятанным в фундамент многосотметровым супермаховиком запасала бы энергию, достаточную для освещения всей Земли, и так далее, и так далее. Но вот вопрос: прошло тридцать лет, почему мы же не видим супермаховиков вокруг себя?

Сказать по правде, я не знаю ответа. Технические сложности? Да, и конструкция супермаховика, и плавный отбор энергии — задачи с большой буквы, но они вроде бы решены. Время от времени слышно о мелких, узконишевых применениях. Но именно там, где на него возлагались главные надежды — в энергетике и автомобилестроении — супермаховик массового применения не нашёл. Пару лет назад американская компания Beacon Power ввела в строй небольшую супермаховичную энергоаккумулирующую станцию под Нью-Йорком, но сегодня о проекте ничего не слышно, а сама компания перебивается с хлеба на воду.

Нурбей Гулиа по-прежнему работает над совершенствованием своего детища и год назад отметился сообщением о возможности постройки графенового супермаховика (с расчётной удельной энергоёмкостью 1,2 кВт*ч/кг, то есть на порядок выше литий-ионных аккумуляторов). Но, если я правильно понимаю, коммерческого успеха он добился с другой своей разработкой (супервариатором, оригинальной механической передачей), а вот супермаховик почему-то остаётся под знаком вопроса.

P. S. Я попросил Нурбея Владимировича поучаствовать в дискуссии (хоть надежда, сами понимаете, слабая: на личном сайте его натурально одолевают поклонники).

Аккумулятор будущего – маховик?: engineering_ru — LiveJournal

c415m_01_00_004
Дешев. Долговечен. Экологически чист. Энергетические возможности маховика, как накопителя кинетической энергии определяются тремя параметрами: скоростью вращения,  диаметром и массой. Увеличив скорость вращения можно убавить вес и размер, но возникает опасность разрыва маховика центробежной силой.
В молодости я прочитал книжку в поисках «энергетической капсулы»
Ее автор изобрел супермаховик, супервариатор, а если  все это установить на автомобиль, то и он  будет  — супер!Изобретение Нурбея Гулиа заключалось в том, что он придумал маховик навитый из металлической ленты. Такой маховик выдерживал центробежную силу в пять раз большую, чем литой . А при разрыве не разлетался на части, как артиллерийский снаряд, а тормозился лентой о кожух. Супермаховик в вакуумном корпусе с магнитной подвеской и скоростным электродвигателем-генератором для отбора мощности. В общем, жил бы на западе, давно бы уже был мультимиллионером, а не обклеивал квартиру авторскими свидетельствами вместо обоев (у него их три сотни).
С приходом нанотехнологий его изобретение приобрело еще большую значимость. Вот, что он пишет:
>если из такого материала (карбоновое нановолокно) навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1Мв-час/кг, или в тысячи раз больше, чем у самых перспективных аккумуляторов! Это значит, что на таком накопителе массой в 150 кг легковой автомобиль сможет пройти с одной зарядки свыше 2 миллионов километров — больше, чем способно выдержать шасси. То есть теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива. Удельная энергоемкость такого сверхнакопителя в 500—1000 кВт·ч/кг позволит, например, создать электромобиль, заряжаемый прямо на сборочном конвейере один раз на весь срок эксплуатации машины. Два-три десятка килограммов нового супермаховика обеспечат накопление дешевой ночной электроэнергии для огромного дома и расходование этой энергии днем. .>
Фантаст, конечно, но идея красивая!
1363026870_supermahovik-i-supervariator

 Американская компания Beacon Power основанная в 1997 году, сделала большой шаг в этом направлении, создав целую линейку тяжелых стационарных супермаховиков, предназначенных  для включения в промышленные энергосети.
2013-12-09_170942
Накопители представляют собой цилиндрические емкости, высотой по пояс человека или по грудь, внутри которых на активных магнитных подшипниках  подвешены супермаховики, которые могут раскручиваться до штатных 22,5 тысяч оборотов в минуту.
Расчетный срок службы — 20 лет, диапазон рабочих температур — от минус 40 до плюс 50 по Цельсию. Согласитесь, для химических аккумуляторов трудновато было бы обеспечить такие показатели. Полностью статья тут
У нас придумали, у них сделали. Дело привычное…
Еще видео —  Гулиа о патентах http://my.mail.ru/video/mail/gulia_nurbei/25/32.html#video=/mail/gulia_nurbei/25/32

Источники
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%83%D0%BB%D0%B8%D0%B0,_%D0%9D%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B5%D0%B9_%D0%92%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87
http://www.i-r.ru/show_arhive.php?year=2005&month=12&id=1133
http://nurbejgulia.ru/

Обсуждение:Супермаховик — Википедия

«Также автор считал что супермаховики при помощи специальной передачи вращения камере будут бурить глубокие подводные скважины.» Перечитал семь раз. Ничего не понял. Автор или кто понял, перефразируйте предложение. Или вообще его удалить, т.к. не вяжется с абзацем.EsperantoA 09:02, 9 декабря 2011 (UTC)

  • «130 ватт-часов на килограмм веса» А не мало? не КВат-часов должно быть? Надо с источниками сравнить Mmv 19:30, 14 января 2007 (UTC)
    • Нет все правильно, а вот 500 кватт-часов как раз не верно, что можно проверить перейдя по соответствующей ссылке. 83.237.53.63 17:52, 27 февраля 2009 (UTC)Прохожий
    • У Гулиа речь идет про 500 киловатт-часов на килограмм веса. Но емкость, в 10000 раз большая чем у свинцовых аккумуляторов конечно смущает.
    • Смущает, и основания есть. на самом деле есть там такой запас, по крайней мере теоретически, и не в том дело что он большой — просто у свинцовых аккумуляторов маленький. А основания для смущения — у любого предмета область применения чем-либо ограничена. И не стоит все подряд совать куда ни попадя. gremlin 19:03, 1 июля 2009 (UTC)

Непонятно в чём значимость предмета и зачем нужна отдельная статья. Идея использовать маховик в качестве аккумулятора энергии далеко не нова (примерно начало 20-го века). В чём приоритет супермаховика? С 1964 года конкретно изобретение Гулиа где-то внедрили? Ссылка на американскую компанию на даёт ответа на вопрос. Там про Гулиа ни слова. Ссылки на самого изобретателя и membrana.ru не убеждают в значимости. Saidaziz 19:21, 6 марта 2009 (UTC)

  • Изобретение кардинально меняет конструкцию маховиков и серьёзно увеличивает энергоёмкость. Предложение удалить статью о супермаховике равносильно удалению статьи Литий-ионный аккумулятор на основании того, что есть статья про элементы Гальвани. То, что в вашем мобильнике супермаховики не используются не значит что их нет в реальности. Леголегс 22:31, 13 марта 2009 (UTC)
Литий-ионный аккумулятор внедрён и массово производится. Повторяю вопрос — внедрено ли где-то изобретение Гулиа? Есть ли о нём независимые авторитетные суждения? Saidaziz 02:42, 14 марта 2009 (UTC)
Если американские компании не упоминают имя Гулиа, то это еще не значит, что его идеи не существуют или неверны. Не думаю, что сейчас, в России, у кого-нибудь есть возможность изготовить такую игрушку (суперсекретные НИИ не в счет). Альберт Эйнштейн достаточно авторитетен? NoFuel 03:28, 16 марта 2009 (UTC)
Я не утверждаю, что идеи Гулиа неверны. Пока это непонятно. Для того чтобы идеи заслуживали освещения в энциклопедии они должны быть внедрены в массовое производство или хотя бы получить заметный отклик в научном сообществе. Из статьи невозможно понять у кого приоритет и что именно производят американские компании. То ли маховик Гулиа, толи какую то свою разработку. Если Эйнштейн упоминал в своих работах супермаховик Гулиа то познакомьте с цитатами — интересно почитать. Saidaziz 04:48, 16 марта 2009 (UTC)
Эйнштейн вывел закон взаимосвязи массы и энергии, который пока никто не отменял. Гулиа никакие новые физические принципы не выдумывал и не нарушал. Он просто предложил увеличить не массу маховика, а частоту его вращения и несколько технических приемов, чтобы ее можно было увеличить достаточно сильно. Адаптивные вариаторы Гулиа продаются под именем «Комбарко». Сименс заказывали изготовление магнитного подвеса у Гулиа. Скорее всего супермаховики выйдут на рынок под каким-нибудь иностранным брэндом. Я политику вики понимаю и не оспариваю. Но будь моя воля, я бы вопросы достоверности, копирайта и прочие финансовые тонкости пока оставил бы на суд времени, в надежде на то, что такое решение возможно позволит нам сжигать меньше кислорода, которым мы дышим. NoFuel 12:02, 28 марта 2009 (UTC)
Пожалуйста ближе к делу и более доказательно. «Сименс» что-то заказал у Гулиа? Ссылки и авторитетные источники с привязкой к теме статьи. Супермаховики где-то производятся? Пожалуйста доказательства того, что это именно разработки Гулиа. Saidaziz 18:35, 28 марта 2009 (UTC)
http://www.sti.nasa.gov/tto/spinoff1996/32.html
http://www.aretepower.us/technology/technology.html
http://www.ece.osu.edu/~longya/peem/research.html
http://www.flybridsystems.com/F1System.html
Гулиа в своей книге расказывает о изобретении супермаховика и почему они не являются его запатентованым изобретением. Все просто на то время(1964 год) его не сочли нужным или даже вернее сказать рациональным и патент он не получил т.е. он если первым дошел до идеи намотки маховика то юридически это подтвердить нельзя. Тут имеет место извечный спор кто же все-таки изобрел радио. 194.44.11.62 10:23, 27 апреля 2009 (UTC)
Из чего следует что в указанных ссылках речь идёт именно о супермаховике Гулиа? Если Гулиа не защитил патентом своё изобретение то, простите, он никак не сможет доказать свой приоритет. Если же хочется иметь отдельную статью про супермаховик придётся разобраться кто его первооткрыватель. Saidaziz 19:01, 27 апреля 2009 (UTC)
Я думаю, что для статьи о супермаховике или любом другом устройстве не так уж жизненно важно, кто его изобрёл. Что касается сути обсуждаемого вопроса, то о супермаховиках писали много, вещь это известная достаточно широко (что можно подтвердить хотя бы списком публикаций и патентов на сайте о Гулиа). Но опять-таки, несущественно для определения значимости статьи, руководствуются американские компании идеями Гулиа или своими собственными. Достаточно того, что они производят устройства, в русском языке имеющие достаточно широко употребимое (см. выше) название «супермаховик». Vadim Rumyantsev 19:18, 27 апреля 2009 (UTC)
Писали о супераховике много, но я нигде не вижу того, что в публикациях речь идёт именно о супермаховике, как о отдельной самостоятельной сущности, отличающейся от обычного маховика.
Если бы в источниках сообщалось, что фирма «Сименс» используя изобретение/метод Гулиа построила супермаховик, то вопрос отпал бы автоматически. Но пока видно только эволюционное развитие идеи обычного маховика. Появились новые материалы — стало возможным запасать больше энергии. Вполне можно обойтись небольшим разделом в головной статье маховик.
Итак источников о том, что Гулиа изобретатель супермаховика не приведено и его имя как первооткрыателя, думаю, лучше убрать, но в статье оставить только как одного из учёных, который занимался данной проблемой. — Saidaziz 05:04, 3 мая 2009 (UTC)
 ??? Источники о том, что Гулиа — изобретатель супермаховика, приведены в сносках к статье. Vadim Rumyantsev 07:43, 3 мая 2009 (UTC)
membrana.ru плохой источник. Книги самого Гулиа тем более ничего не доказывают. Нужны внешние авторитетные источники, желательно реферируемые научные журналы. Saidaziz 09:32, 3 мая 2009 (UTC)
Задал вопрос в блоге Гулиа. Леголегс 12:56, 19 марта 2009 (UTC)
Я не Нурбей Владимирович, но позволите высказаться? Вики — энииклопедия, как-никак? значит, информация должна быть. если я где-то услышал «вот есть супермаховик, так он энергии запасает — слетать на Марс и обратно хватит, да еще и останется…» куда я полезу узнавать что это за супермаховик? другой вопрос — насколько данные актуальны и не противоречат ли они более свежей информации? на это уже позвольте ответить как человеку сведущему в области: информация корректна, данные актуальны, противоречий нет. Ах да, в качестве внешнего авторитетного источника, конкурент(в некотором роде) Нурбея Владимировича по одному из направлений его изобретательской мысли Вас устроит? сами понимаете, когда на пятки наступают, поневоле присматриваешь за событиями. хотя бы иногда. gremlin 19:11, 1 июля 2009 (UTC)
Википедия не преследует цели рассказать обо всём, или обо всём что интересно читателям. Её цели скромнее — рассказать о значимом. Ваше мнение ценно, но нужны источники и тогда посмотрим. Подчёркиваю, я не предлагаю удалять вообще всю информацию о супермаховике. Нужно оставить только существенно важную и проверенную. Если её окажется слишком мало, то не вижу смысла в отдельной статье супермаховик — статья маховик не слишком велика и пока не видно потенциала её роста. Так что всё можно перенести туда. Saidaziz 08:11, 2 июля 2009 (UTC)
Понял суть изменений 🙂 и про маховики почитал. На след. неделе надо будет заняться переработкой обеих статей — там есть что править и дополнять. Да и вообще по техническим статьям надо пройтись — местами информация крайне скудна, а местами даже неверна. Оно вроде бы и ничего, да вот иногда глаз режет… Вот перепишу — будет и потенциал роста. gremlin 13:38, 5 июля 2009 (UTC)
Saidaziz, судя по статьям, которые представлены на вашей странице вы не очень компетентны в вопросах связанных с темой данной статьи. В советские времена имя проффесора Гулии и его достижения были довольно известны. Например он часто учавствовал в съёмках передачи «Это вы можете». И выражение супермаховик всегда было самостоятельно от просто маховика. Конечно с точки зрения обывателя и то и другое суть одно. Но ведь вы согласитесь, что например выражение мир полудня является полной условностью и вас это не смущает. Вы, хорошо разбираясь в этой теме, легко докажете мне, например, что мир полудня это самостоятельное явление в литературе. Так и супермаховик самостоятельное явление с богатой историей. Просто нужно дождаться автора, который сможет это доступно изложить. —Cxukcxa 13:14, 4 августа 2009 (UTC)
Пожалуйста не отвлекайтесь от поставленных вопросов. В статье так и остаются всего два источника. Сам Гулиа и сайт membrana. Я всё сижу и терпеливо жду авторитетных научных источников, желательно реферируемых журналов, которые описывают разницу между маховиком и супермаховиком. Если удастся найти данные о массовом производстве супермаховиков, то будет совсем хорошо. Уж скоро пол-года минует, а таких данных всё нет. Saidaziz 16:08, 4 августа 2009 (UTC)
Я в этом вопросе тоже не великий специалист, но вот что дала первая ссылка:
  • Изобретения по маховикам и инерционным аккумуляторам, в том числе и в машинах

Авторские свидетельства: №№1154501, 1373929, 1048196 – первый супермаховик, №№1257322, 1796494, 796577, 693073, 1714244, 1379521, 1508029, 565113,658341, 658342, 672410, 648778, 654815, 704597, 35695 (Болгария), 1052757, 1141045, 887832, 857417, 1249250, 453218, 597895, 617031, 628363, 431343, 586286, 605051, 615302, 679747, 1389180, 823197, 1293409, 1341415, 353086, 207648, 286605, 347399, 200359, 750179, 174909, 171810, 1649170, 571277, 522366, 526740, 544049, 582429, 563183, 1193330, 1188400, 1200033, 1320565, 1330386, 578514, 511447, 513196, 528409, 794277, 794280, 783520, 794281, 353095, 507729, 458633, 304506, 1260594, 1249251, 672410, 1084522, 1196575, 757797, 1132310, 1359521, 1490347, 1530871, 1186544, 1176113, 1186544, 1359473, 1420268, 1216518, 1281785; патенты №№1814709,2017684.

  • Изобретения по маховикам переменного момента инерции

Авторские свидетельства: №№1786322, 1237841, 502150, 1196578, 1201596, 1196577, 239720, 229152, 1373937.

  • Изобретения по маховичным рекуператорам и гибридным агрегатам на их основе

Авторские свидетельства: №№1355814, 1824801, 1126748, 1073090, 1237842, 1704528,335476, 346729, 1704528, 308252, 1368538, 1126747,1430647, 1430648, 1431972, 180029, 193874, 255724, 236147, 1240985, 171607,415420, 605050, 490989, 687279, 530132, 976159, 976160.

Надеюсь, что среди нас найдутся компетентные википедиисты, которые могут превратить это в читаемые формулировки.—Cxukcxa 05:55, 5 августа 2009 (UTC)

Ещё можно тут глянуть [1] и тут [2]—Cxukcxa 06:07, 5 августа 2009 (UTC)
Хорошо. Читаем ваш источник — развернуты обширные исследования различных устройств аккумулирования энергии с использованием супермаховиков. Если исследования такие _обширные_ и, подчёркиваю, исследуется именно маховик Гулиа, то где ссылки из зарубежных источников. Маховиками ведь давно занимаются. Где доказательства того, что занимаются именно «Супермаховиками Гулиа»? Сами по себе авторских свидетельства, пусть их хоть сотня, значимостью не обладают: если только их объект не вышел в серию и не привлёк внимания учёных. Saidaziz 11:37, 5 августа 2009 (UTC)
В 70-годы мы отправили на луну два аппарата доставивших грунт на Землю. Однако они не пошли в серию и за бугром никто не пробовал это повторить. Предлагаю удалить статью Луна-24 на основании малой значимости этого факта. Или удалить Мир Полудня, потому, что никто из зарубежных авторов не писал про этот мир.—Cxukcxa 12:36, 5 августа 2009 (UTC)
Вы невнимательно прочитали дискуссию по тексту выше. Я не предлагаю удалить информацию о супермаховике из википедии. Плюс хочется самому разобраться — насколько изобретение Гулиа признано научным сообществом внутри России и за её пределами. Saidaziz 13:56, 5 августа 2009 (UTC)
Ок, надеюсь я не был слишком резок в суждениях. Предлагаю дождаться более грамотных специалистов чем, например, я. —Cxukcxa 04:34, 6 августа 2009 (UTC)
Пока не запустят в серию хоть что-то, говорить о применимой ценности каких то изобретений сложно. Но совершенно ясно из простых расчетов, что технологически люди пока не готовы использовать на практике кинетические аккумуляторы для хранения энергии — уж слишком для доступных сегодня материалов плохое соотношение цены, массы и энергоемкости. Это даже не считая сложности дополнительного оборудования, позволяющего заряжать их энергией, поддерживать низкие потери, снимать полезную энергию). Поэтому пока все на уровне теорий.

62.63.87.98 13:28, 22 февраля 2013 (UTC)

Безопасность супермаховика[править код]

Тут все просто — обычный маховик (стальной) — разлетается, нанося огромный ущерб (разрушение зданий, человеческие жертвы). Ленточный маховик — если рвется лента, то она трением о стенки сама тормозит маховик, плюс масса оторванной чатси ленты несравнима с куском металла, сами понимаете. Образное сравнение — как если бы слетела лента в бобине катушечного магнитофона.

Такие рассуждения в статьях без источников называются ориссом. Нужны сторонние источники подтверждающие безопасность супермаховиков. Кстати это очень важно. «Безопасность» супермаховиков это единственная разница их с обычными маховиками, насколько в данный момент можно судить по статье. Saidaziz 05:14, 8 октября 2009 (UTC)
Сам автор изобретения не является авторитетным источником — нужны сторонние источники. Saidaziz 03:18, 13 мая 2010 (UTC)

В статье указано, что Гулиа Нурбей Владимирович является автором 250 изобретений. Я специально искал изобретения, в которых записана фамилия автора, таких набралось 140 штук. Хотелось бы пополнить свою базу данных недостающими изобретениями. Как мне получить недостающую информацию? Кто может встретиться с Нурбеем Владимировичем лично и сделать выписку из всех авторских свидетельств и патентов РФ (Номер изобретения, дата приоритета,ФИО включая и Нурбея Владимировича, так как указано в документе)? Нужен доброволец.(Прапорщик1968 00:47, 11 января 2011 (UTC))

Мне кажется, есть ошибки от небрежности. И вообще я бы выбрал более наглядные объяснения и формулы. Ведь никто не будет делать маховик с толстыми стенками, тем самым снижая его потенциальные возможности запасать энергию. Значит супермаховик — это труба, толщина стенки ∆ которой пренебрежимо мала в сравнении с радиусом R. Не нужны внутренний и внешний радиус, значительно усложняющий формулы и делающий трудным понимание физического смысла при совсем незначительно большей точности.

Момент инерции МАССЫ стоило бы записать, для понятности, учитывая малость ∆, в виде mR², а не так, как сейчас в статье: m·(R²-r²) / 2 , где тоже наблюдается грубейшая ошибка, ибо правильно было бы m·(R²+r²) / 2 (см. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%EE%EC%E5%ED%F2_%E8%ED%E5%F0%F6%E8%E8)

Дальше и разбирать не хочется, т.к. ошибки накапливаются и конечная формула довольно далека по физическому смыслу от реальности. Тупо исправил «-» на «+» — стало похоже на правду. Ну и добавил свой вариант вывода, а также некоторые другие замечания. Попутное замечание: Момент инерции в сопромате измеряется в единицах длины в 4-й степени. Вот для него действительно в формуле минус, а не плюс стоит. Поэтому для строгости изложения как то бы тоже следовало акцентировать, что употребляемый момент инерции — это момент инерции физической МАССЫ, измеряемый в единицах массы помноженных на квадрат расстояния.

=================[править код]

Я бы предложил следующее (на мой взгляд более понятное на основе школьного знания физики) обяснение всей математики маховика: Оценим энергетические параметры маховика, навитого из прочной нити в виде полого тонкостенного цилиндра с радиусом R, толщиной стенки ∆ и длиной L. Примем допущение, что ∆/R — очень малая величина, например, менее 0.01. Это допущение позволит без больших погрешностей использовать значительно упрощенные формулы. Кинетическая энергия Е = m V²/2 Масса — это плотность умножить на объем. Объем тонкостенной трубы равен длина окружности (2πR) помножить на толщину стенки ∆ помножить на длину трубы L. Линейная скорость вращения равна угловой скорости ω помноженной на радиус R т.е.

 E = ρ 2πR ∆L ω²R² /2 = ρ πR ∆L ω²R² 

, где ρ — плотность, ω — угловая скорость вращения цилиндра маховика. Как известно, энергия, запасенная в маховике, равна: E = J·ω² / 2 Оценим необходимую прочность. При вращении центробежная сила стремится оторвать одну половинку цилиндра от другой. Эта сила F= mпц aцмпц. Где mпц — Масса половинки цилиндра, равная ρ πR ∆L, а aцмпц — центробежное ускорение центра масс половинки цилиндра. Центр масс половинки цилиндра находится на расстоянии 2R/π от оси вращения. Т.е.

F = ρ πR ∆L 2Rω²/π = 2 ρ ∆L R²ω²

Силе отрыва 2-х половинок цилиндра противостоит прочность двух стенок цилиндра, максимум которой равен пределу текучести материала σ, помноженному на площадь продольного сечения цилиндра плоскостью, проходящей через ось вращения

F= σ·2∆L , где σ - предел текучести материала цилиндра.

Приравняв эти две силы, можно найти предельную угловую скорость вращения

ω² = σ/(ρ R²)

Подставим найденное значение ω² в формулу энергии и получим значение предельной запасаемой маховиком энергии

E =  ρ πR ∆LR² σ/(ρ R²) =  πR ∆L σ

Обратим внимание, что πR ∆L есть ни что иное, как половина объема материала цилиндра. Выразим его через массу цилиндра и плотность m/2ρ и подставим в формулу. Получим

Е= m σ/2ρ 

(эта формула не совсем точна, но тем точнее, чем меньше отношение ∆/R. Зато она очень проста и наглядна, а ее вывод доступен смышленому девятикласнику. А главное — из нее очень просто выводить ответ на главный энергетический вопрос — предельная удельная энергоемкость маховика, как кинетического аккумулятора в терминах отношения энергии к массе) Вывод: предельно накапливаемая в маховике энергия не зависит от радиуса маховика, а лишь от отношения прочности к плотности. Вместо одного маховика большого диаметра можно навить несколько маховиков меньшего диаметра той же массы (правда предельная угловая скорость маховика обратно пропорциональна квадрату радиуса будет и для маховиков меньшего диаметра придется больше озаботиться трением в осях). Радиус важен только с точки зрения простоты уменьшения отношения ∆/R. Впрочем, разница предельной энергоемкости при ∆/R=0.1 и при ∆/R=0.01 будет не так уж и радикально велика — несколько процентов.

Далее, численные оценки.

Тут важно учитывать, что сколь бы прочную нить мы не взяли, не получится сделать и отцентровать маховик без связующих веществ (например, смолы или клея) которые в десятки раз менее прочны. Эти связующие вряд ли будут составлять менее (а скорее более) половины массы маховика. Тут отдельная сложная теория, рассчеты, которые все равно надо практикой перепроверять. Но это значит, что отношение σ/ρ придется еще по меньшей мере уполовинить в рассчете на связующие. Для графитой нити с плотностью порядка 2..2.2 и прочностью 20 ГПа в одном кг поместится Е= 20/(2×2х2) Мдж= 2.5 Мдж Однако правильнее брать доступные сегодня материалы (канатная сталь, андезитобазальтовая нить). Скажем базальт: прочность 2 Гпа, плотность — 3. Плотность энергии получится 0.15 Мдж/кг. Не в 25, а в 17 раз хуже, чем у графитовой нити. 0.15 Мдж — это около 0.05 квтч. Много более дешевые современные химические аккумуляторы имеют плотность энергии около 0.2 квтч/кг, т.е.в 4 раза выше. В килограмме нефти — около 10 квтч. Правда теоретически предполагается, что у аккумулятора на основе супермаховика можно достичь кпд выше 90% и почти неограниченное количество циклов перезарядки, что выгодно отличает его от химических. Важен также экологический аспект утилизуемости. Достижения в области дешевых и более прочных, чем сталь материалов тоже на подходе. Так что есть основания ожидать в ближайшем будущем построения кинетических аккумуляторов энергии для промышленного использования в качестве демпфирующих скачки электропотребления аккумуляторных электростанций. Будем надеяться, что их удастся сделать эффективнее и дешевле, чем ГАЭС (КПД Загорской ГАЭС — 73%, она занимает большую площадь и потребовала немалых затрат). Хотя трудно себе представить серийное производство цилиндров, диаметром в 3 м, способных вращаться со скоростью 60 тыс об.мин.

Следует также учитывать упругость материала, т.к. при высоких скоростях вращения (а значит нагрузках, близких к предельным) маховик будет «растягиваться», увеличиваясь в размерах. Например маховик из андезитобазальта (модуль упругости 100ГПа) при полной «зарядке» увеличит диаметр примерно на 2%.

Олег Иванов 62.63.87.98 11:20, 22 февраля 2013 (UTC)

Странности вкусов редакторов. После того, как я исправил ошибки в разделе «Математика маховика», а также добавил несколько ключевых смысловых комментариев, этот раздел совсем исчез. А ведь единственный раздел был, содержаший не только голословные утверждения, но и внятные разъяснения, охлаждающие неоправданный энтузиазм многих непонимающих «кулибиных». Жаль, что убрали

Не сношайте людям мозги, рассказывая про безопасность супермаховика[править код]

Огромным недостатком супермаховика, способного накопить огромное количество энергии, является его высокая пожароопасность, о чём скромно умалчивает в своих публикациях Нурбей Гулиа. Если произойдёт разрушение супермаховика — то возникнет сила трения между разрушающимся маховиком и его корпусом. Так как супермаховик запас огромное количество кинетической энергии, при торможении эта энергия будет переходить в тепло. Количество выделившегося тепла в относительно короткий промежуток времени может быть настолько значительным, что может привести к воспламенению механизма или транспортного средства.

  • Поддерживаю! Обычные аккумуляторы тоже прекрассно горят, чего ещё ждать от кучи энергии сосредоточеной в малом объёме?! Пример: https://www.youtube.com/watch?v=xWc5R_bWD5U46.251.116.161 09:50, 15 августа 2018 (UTC)
Один такой накопитель способен запасать энергию до 100 кВт⋅ч и обеспечивать мощность до 300 кВт. В условиях российского рынка, кластер из нескольких таких накопителей способен обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона.

Автор хорошо понимает, что такое «регион»? Может быть, имелось в виду «кластер из нескольких тысяч»? —Michael MM (обс.) 13:59, 9 марта 2018 (UTC)

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *