Маховик как накопитель энергии

Самодельный газовый аккумулятор

Разместил 05.08.2011 nik34

nik34 прислал:

Мы все ждём новинок от науки, но при этом почему-то быстро забываем то, что уже создано. Вот пример простейшего аккумулятора, который может быть сделан каждым буквально «на коленке». При этом он почти ничего не будет стоить, а его характеристики по удельной ёмкости не намного уступают существующим свинцовым аккумуляторам. Итак, открываем старую книжку для самодельщиков и читаем.

Поделиться этой страницей в:

Известно, что при зарядке обычного кислотного аккумулятора на его аноде выделяется кислород, окисляющий этот электрод, а на катоде выделяется водород. Во время разряда аккумулятора пластины анода и катода взаимодействуют и происходит обратная реакция, при этом газы водород и кислород играют только вспомогательную роль. Когда аккумулятор отключается от источника зарядного тока, газы бесследно улетучиваются.
В современном газовом аккумуляторе при зарядке газы запасаются в электродах и хранятся в них, как на, «складах», до момента разрядки. Сами электроды не уча­ствуют в химических процессах. Газовые аккумуляторы относятся к новым источникам постоянного электрического тока. Их достоинством является исключительная простота конструкции, весьма высокая экономичность, так как они не требуют цветных металлов и дорогостоящих материалов. Они очень удобны в эксплуатации: их можно хранить продолжительное время как в заряженном, так и в разряженном состоянии.
Эти аккумуляторы не боятся больших зарядных и разрядных токов, что резко сокращает время их зарядки. На такие аккумуляторы не оказывают никакого вредного влияния быстрые разрядки и короткое замыкание. По конструкции газовый аккумулятор (см. рис.) напоминает свинцово-поташный аккумулятор.

Простейший газовый аккумулятор и его части (а — общий вид аккумулятора; б — конструкция основных частей): 1 — сосуд; 2 — электролит; 3 — электроды; 4 -крышка; 5 — зажимы; 6 — распорка.
Он состоит из непрозрачного сосуда и двух одинаковых электродов мешочного типа. В каждом мешочке помещается гальва­нический уголь, окруженный активированным углем. Электролитом служит раствор поваренной соли.
Принцип работы газового аккумулятора состоит в том, что во время зарядки на его электродах образуются и длительное время сохраняются запасы атомов водорода и хлора. При разрядке аккумулятора эти газы взаимодействуют между собой, создавая электрический ток. В момент зарядки аккумулятора происходит электролиз раствора. На катоде в мешочке запасается водород, а на аноде — в другом мешочке — запасается хлор. Возникшие во время электролиза атомы водорода и хлора заполняют мельчайшие поры активированного угля и лишаются возможности объединяться в молекулы. Таким образом, применение в электродах активированного угля позволило накапливать запасы газов и содержать их в атомном состоянии.
Газовые аккумуляторы стали возможны после того, как были найдены вещества, обеспечивающие раздельный сбор, хранение и атомный режим газов в аккумуляторе. Такие вещества называют адсорбентами, то есть веществами, об­ладающими способностью поглощать газы, пары и жидкости. Явление адсорбции происходит на поверхности погло­щающих веществ. Поэтому, чем больше поверхность адсорбентов, тем больше молекул газа или пара они поглощают. Хорошей поглотительной способностью обладает обычный древесный уголь, так как в нем большая поверхность об­разуется за счет огромного количества пор. Самым лучшим адсорбентом является активированный уголь, получаемый в результате специальной обработки обычного древесного угля. В 1 грамме активированного угля общая поверхность достигает 10000 кв. метров. Вот почему в качестве электродов в газовом аккумуляторе был взят активированный уголь.

Простейший газовый аккумулятор легко изготовить самим. Возьмите стеклянную пол-литровую банку, окрасьте ее снаружи асфальтовым лаком или черной эмалью (можно оклеить черной бумагой). Важно, чтобы свет не проникал внутрь аккумулятора. Любой свет оказывает сильное влияние на газы и разряжает аккумулятор. Подберите два угольных стержня от накальных элементов или дуговых фонарей. Сшейте два мешочка из хлопчатобумажной ткани. Вставьте в мешочек угольный стержень с прикрепленным выводом на верхнем конце и набейте вокруг него активированный уголь. Зашейте ме­шочек сверху и плотно обвяжите его прочными машинными или суровыми нитками. Чем больше витков сделаете и сильнее их затянете, тем надежнее будет контакт порошка с угольным стержнем и тем лучше будет работать аккумулятор.
Второй мешочек изготовляется таким же способом. Активированный уголь можно приобрести в магазинах химических реактивов или использовать активированный уголь из старых противогазов. Для получения емкости в 1 ампер-час потребуется 50—90 граммов активированного угля на два мешочка.
Электролит составьте по следующему рецепту. На каждый стакан кипяченой воды всыпьте 1 —1.5 столовой ложки поваренной соли. Вставьте мешочки в сосуд и залейте его электролитом. Сосуд закройте деревянной крышкой, пропитанной парафином. Сверху на крышке против электродов укрепите выводы, а в середине крышки сделайте отверстие для заливки и смены электролита. Это отверстие закройте пробкой.
Зарядка газового аккумулятора производится так же, как и обычного кислотного аккумулятора. Вывод от одного мешочка соедините с отрицательным полюсом источника зарядного тока. Это будет как бы отрицательная пластина аккумулятора (водородный электрод), обозначьте его знаком минус (—). Другой мешочек— с положительным полюсом источника зарядного тока через реостат. Этот мешочек будет служить положительной пластиной (хлористый электрод), обозначьте его знаком плюс ( + ). Для зарядки одного аккумулятора требуется напряжение 4,5 вольта. Зарядка заканчивается, когда напряжение на зажимах газового аккумулятора будет равно 2,2—2,5 вольта.
Если вы хотите применить эти аккумуляторы в походах, то скрепите их электроды хомутиками из пластмассовых пластинок или из полосок оргстекла, как показано на рисунке. Распорки не позволят электродам перемещаться. Для лучшей работы аккумулятора необходимо сменять электролит один-два раза в неделю.

О самодельном свинцово кислотном аккумуляторе

Первый свинцово кислотный аккумулятор изобрел и опробовал как известно французский физик Гастон Планте. Он скрутил две свинцовые пластины в рулон, предварительно проложив между ними разделительное сукно. Рулон поместил в сосуд и залил его соленой водой. В итоге если подать напряжение на пластины, то он заряжался. И после, если к нему подключить лампочку, или что-то другое, то он мог некоторое время отдавать запасенную энергию на горение этой лампочки. Так же после заряда энергия в таком аккумуляторе могла хранится без потерь продолжительное время. Это и положило начало эры свинцово кислотных аккумуляторов.
>
Но самый главный недостаток такого рулонного аккумулятора, это маленькая емкость. В последствии было выяснено что если такой аккумулятор несколько раз зарядить и разрядить меняя полярность (+-), то емкость увеличивалась. Это объясняется тем, что на пластинах образовывался слой оксида свинца, и пластины размегчаоись, становились как губка. Кислота теперь могла проникать глубже в пластины, тем самым больше свинца участвовало в химическом процессе.

Эти циклы заряда разряда меняя плюс на минус и обратно назвали формовкой пластин. Чтобы нарастить толстый слой оксида свинца, приходилось затрачивать много энергии и времени. Но позже один молодой человек, работавший помощником у Планте решил сделать по другому. Он решил сразу наносить на пластины оксид свинца, тем самым он сразу получил более емкий аккумулятор. В последствии эту технологию немного улучшили. Стали делать свинцовые решетки, которые замазывали аксидом свинца в виде пасты. Пасту готовили из оксида свинца, в которую добавляли немного воды, или электролита и перемешивали до густой консистенции.
>
Спустя уже более 100 лет технология изготовления аккумуляторов в принципе не изменилась. На производствах так же методом литья, или штамповки делают свинцовые решетки, и намазывают пастой, состоящей из оксида свинца, плюс дополнительные добавки, которые не дают пасте распадаться и придают другие нужные свойства. Так же разделительные прокладки между пластинами делают из современных материалов, что исключает выпадение намазки из решеток и препятствует замыканию пластин между собой. На каждом заводе, и для различных типов аккумуляторов ( тяговых, стартерных, и т.п.) есть свои тонкости, но в целом технология одна и та же.
>
Теперь можно подумать о том, можно ли сделать свинцово кислотный аккумулятор в домашних условиях, чтобы это было выгодно и эффективно. Во первых дело в свинце, где его брать?. В негодных аккумуляторах, но если переплавить один авто-аккумулятор, то на выходе будет всего примерно 1,5кг свинца, и станет понятно что добывать свинец таким образом не выгодно. Чтобы переплавить весь свинец содержащийся в аккумуляторе, часть которого в виде оксида, сульфата и прочие элементы, которые содержатся в намазке решеток, то тут нужна плавильная печь и дополнительная химия и условия, по-этому дома на костре получится консервная банка свинца и целая куча шлака.

Тогда можно купить свинец, есть листовой, и в чушках, стоит не дорого. Если делать из листового свинца, то можно примерно прикинуть затраты на один аккумулятор. Если покопаться в литературе, то можно узнать что с одного квадратного метра площади пластин можно получить емкость примерно 5-10Ач. Тогда для одной банки емкостью 50-100Ач нужно 10кв.м свинца. Так как для 12-ти вольт нужно 6 банок, то соответственно нужно около 60 кв.м свинца. Самые тонкие листы в продаже 0,5мм, вес одного кв.м такого листа свинца состовляет 5,7 кг. Так как площадь листа работает с обоих сторон, значит нам нужно на АКБ уже не 60кв.м, а 30кв.м. Тогда получается на аккумулятор емкостью 50-100Ач нужно 30*5,7=171кг свинца, стоимость за 1кг около 150 рублей, и цена только на свинец составит около 25 000 рублей, что в 5-6раз дороже чем заводской аккумулятор емкостью 100Ач.
>
Можно увеличить емкость пластин формовкой, с помощью зарядки и разрядки меняя местами плюс и минус, но не известно сколько циклов нужно сделать чтобы значительно увеличить емкость. Планте формовал пластины электричеством три месяца. За это время уйдет очень много энергии на формовку, и в итоге аккумулятор только подорожает. Из всего этого понятно что экономически не выгодно делать аккумулятор из листового свинца.

Да, кстати на счет долговечности аккумулятора с пластинами из листового свинца. Служить такой аккумулятор будет значительно дольше, так-как пластины цельные и от глубоких разрядов, больших разрядных токов, не будет отходить намазка, которой просто нет, но сульфатация пластин будет точно такая же как и у обычного аккумулятора, по этому по сути дольше обычных этот аккумулятор не прослужит. Правда его можно разобрать и почистить от белого налета (сульфата) и он дальше сможет работать.

Проблема в том что у листового свинца нет слоя оксида, точнее есть, из-за него свинец становится темно серого цвета, но этот слой слишком тонкий. Оксид, это окисленный кислородом свинец, на производствах его по разному получают. Но в домашних условиях эту пыль получить затруднительно. Можно конечно попробовать пластины увлажнять водой, чтобы они окислялись на свежем воздухе, но какой слой окиси удастся нарастить таким образом и сколько времени на это уйдет не известно, поэтому про рулонный аккумулятор из листового свинца можно забыть.

Хороший аккумулятор получится если использовать вместо пластин свинцовую фольгу. Так можно в несколько раз увеличить площадь при том же весе, но дома фольгу не сделаешь, а в продаже чистой свинцовой фольги нет, да и стоила бы она в несколько раз дороже листового свинца того же веса. Поэтому хороший вариант с фольгой отпадает. Или дома ставить прокаточный станок и самому делать фольгу.

Можно попробовать делать пластины как делают на заводе, решетки отлить не сложно. Они толстые, и форму для отливки сделать просто. Но проблема в намазке, она ведь состоит из оксида свинца, а как его делать дома. К примеру чем нибудь стирать свинец в пыль, или мелкую стружку, потом поливать водой или электролитом и в какой нибудь емкости его постоянно перемешивать чтобы окислялся на кислороде, но это дома трудно и бессмысленно делать, так как готовый аккумулятор гораздо дешевле выйдет.

Вот наверно вкратце все что я хотел сказать. Для себя я сделал вывод что свинцовый аккумулятор своими руками возможен, но трудоемок и не выгоден, поэтому на этом деле можно смело ставить большую и жирную точку. Так же читая множество информации и о других типах аккумуляторов я пришел к выводу что ничего нормального в домашних условиях и с применением доступных и дешевых материалов не выйдет. Если есть вопросы или какие-то выводы то оставляйте комментарии.

111Fisher ›
Блог ›
СУПЕРМАХОВИК И СУПЕРВАРИАТОР ДЛЯ СУПЕРАВТОМОБИЛЯ…

СУПЕРМАХОВИК И СУПЕРВАРИАТОР ДЛЯ СУПЕРАВТОМОБИЛЯ

«теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива» — Гулиа Нурбей Владимирович.

ru.wikipedia.org/wiki/%D0…0%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87

Все изобретения Нурбея Владимировича Гулиа так или иначе связаны с энергией. Человечество живёт очень неэффективно — КПД современного бензинового двигателя всего 25—30 %, дизельного — около 40 %. Это значит, что больше половины энергии, запасённой в ископаемом топливе, тратится бесцельно — в основном, рассеивается в виде тепла. Нурбей Гулиа задался целью разработать технологию, которая позволяет легко запасать и отдавать энергию, обладая при этом высоким КПД.
И я решил изобрести этакую «энергетическую капсулу», которую можно было бы «заряжать» энергией, а затем использовать как бензобак. В отличие от бензобака, в моей «капсуле» должна накапливаться исключительно безвредная для человека энергия. И не так мало, как в автомобильных аккумуляторах, а столько, сколько, например, в том же бензобаке. Ведь не секрет, что тяжёлый автомобильный аккумулятор содержит в себе энергии не больше, чем в рюмке бензина…
Начиная с изобретения супермаховика в 1964 году, Нурбей Гулиа последовательно двигался к этой цели. Супермаховик здесь запасает энергию, супервариатор — эффективно передаёт энергию на движитель. Если совместить всё это в одном автомобиле, получится удивительное средство транспорта: по расчётам,
если из такого материала (карбоновое нановолокно) навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1 МВт•ч/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.
www.popmech.ru/article/84…upertehnika-ot-supermena/
Если бы профессор Нурбей Гулиа жил на Западе, то наверняка был бы мультимиллионером. Супермаховик, который он изобрел в 1964 году, давно применяется во всем мире, что, однако, никак не отразилось на благосостоянии ученого. Из-за бюрократизма советской патентной системы патент был выдан автору… только через 20 лет после подачи заявки, а за эти годы срок действия документа истек. но профессор взял реванш. Спустя десятилетия он изобрел (и сейчас патентует во многих странах) «супервариатор», который обладает настолько фантастическими характеристиками, что в полной мере оправдывает свою щегольскую приставку.
Разрушитель законов

Когда к нам в редакцию пришло письмо с описанием устройства под названием «супервариатор», мы решили, что это очередная профанация вроде вечного двигателя и гравитолета. Но внизу стояла подпись «Нурбей Гулиа», что заставило взглянуть на устройство по-другому. Тем не менее, несмотря на реноме ученого, его изобретение продолжало казаться абсолютной фантастикой. Крупные компании, специализирующиеся на выпуске коробок передач и вариаторов, тратят огромные деньги на исследования, и вдруг некий российский изобретатель разрабатывает продукт, который по основным показателям заметно превосходит модели ведущих производителей. Разве такое возможно? Впрочем, с другой стороны, вряд ли в мире можно найти ученого, который посвятил бы вариаторам столько же времени. Ведь Гулиа начал заниматься этой темой еще в начале 1960-х.

Вариаторы, или устройства, которые позволяют плавно изменять передаточное отношение привода, получили широкое распространение на автомобилях сравнительно недавно. Подобно автоматической гидродинамической коробке передач, вариатор облегчает управление, но в отличие от нее демонстрирует лучшие показатели разгонной динамики и экономичности. Однако не лишен он и недостатков: диапазон регулирования передаточных отношений у вариаторной коробки передач обычно узок (4–6), а КПД невысок – около 0,85. Впрочем, каждый из этих показателей можно увеличить, но, увы, только за счет другого. Поиском разумного компромисса и занимаются сейчас конструкторы вариаторов, но Гулиа пошел другим путем. Он решил найти способ обойти существующие «вариаторные законы» и заставить этот упрямый механизм работать с максимальным диапазоном и максимальной отдачей на главных режимах. Годы исследований не ушли впустую: Гулиа нашел такой способ. но схема устройства была настолько непростой, что иногда и специалисты не могли до конца понять принципы ее работы. Тогда, чтобы «в доступной форме» доказать возможность существования такого устройства, Гулиа решил создать опытный образец.

При финансовой поддержке одной немецкой компании, ставшей совладельцем немецкого патента профессора, Гулиа в тандеме со своим аспирантом Иваном Бессудновым работали почти год над созданием этого устройства. Профессор признается, что сам не был до конца уверен в том, что аппарат будет работать, но его опасения не подтвердились. Первые же испытания доказали верность догадок Гулиа: супервариатор обладал прямо-таки фантастическими свойствами: диапазон 15–20, КПД на основных режимах – 0,97–0,98! как же такое стало возможным?

Планетарные чудеса

В основе всего этого беззакония лежат два сравнительно простых механизма – планетарный и дифференциальный, объединенные, правда, хитрым способом. За десятилетия работы с вариаторами профессор Гулиа пришел к выводу, что из всех их разновидностей лучший для автомобиля – планетарный, поскольку при передаточном отношении, близком к единице, КПД у него стремится к 100%. А автомобиль, как известно, наибольшие расстояния преодолевает именно на высоких передачах, когда передаточное отношение коробки приближается к единице. Среди вариаторов, которые могут работать по планетарной схеме, Гулиа выбрал дисковый, способный передавать внушительные мощности. Схема планетарного дискового вариатора (для простоты однорядного) изображена на рис.1, а рядом описан принцип его работы. По своим характеристикам такой дисковый планетарный вариатор хорош: при диапазоне, равном 10, он может работать с КПД 87–95%, но с помощью дифференциала «хорошиста» можно превратить в гениального «отличника».

Схема объединения дифференциала и планетарного вариатора изображена на рис. 2. Если бы передаточное отношение вариатора было равно единице, то все валы вращались бы с одинаковой скоростью, а КПД был бы равен 100%. Но передаточное отношение вариатора больше единицы, поэтому ведомый вал дискового вариатора вращается медленнее ведущего, а ведомый вал супервариатора, исходя из особенностей работы планетарного механизма, будет вращаться медленнее ведущего и быстрее ведомого дискового вариатора. Стало быть, диапазон всего устройства уменьшится по сравнению с дисковым, но зато КПД станет выше – за счет того, что через вариатор теперь будет проходить только часть мощности, а остальная пойдет напрямую от двигателя к ведомому валу. «КПД повысился, диапазон сузился – все как в обычном вариаторе», – может возразить читатель. Пока так и есть, но, чтобы из вариатора сделать супервариатор, достаточно проделать с ним два хитрых «финта». Во-первых, нужно превратить понижающий режим работы в повышающий (конструкция разработанного Гулиа устройства это позволяет), а во-вторых, еще и сузить его диапазон – для увеличения КПД. При этом даже если этот суженный диапазон составит всего 1,5–2, то, используя на первом этапе работы вариатор без дифференциала с диапазоном около 10, а на втором – с дифференциалом и с суженным диапазоном, в результате, согласно теории замкнутых дифференциальных передач, мы получим диапазон около 20. И при этом на основных режимах работы КПД будет выше 97%!

Представленная на рисунке 2 схема носит упрощенный характер: на самом деле изобретенный Гулиа супервариатор куда сложнее. Более подробно с устройством этого механизма можно ознакомиться в новом издании книги Гулиа «В поисках «энергетической капсулы»», которое появится к лету 2006 года (издательство ЭНАС). В оригинале базовый планетарный вариатор является многодисковым (с тремя и более рядами дисков), а его дифференциальный механизм выполнен с применением вместо конических зубчатых колес цилиндрических, которые проще, технологичнее и экономичнее. но сути дела это не меняет. На основных режимах работы КПД вариатора составляет 0,97–0,98, понижаясь лишь до 0,87 в режимах, где требуется высокое передаточное число (например, при трогании с места).

Сейчас профессор Гулиа патентует свое изобретение в ведущих странах мира, чтобы не повторилась та несправедливая история с супермаховиком, и ищет будущих партнеров. Если изобретением заинтересуются такие высокотехнологические производители коробок передач, как, например, ZF Friedrichshafen, супервариатору уготовано великое будущее. Но Гулиа не собирается на этом останавливаться. «Если объединить достоинства супервариатора и супермаховика, то можно создать суперавтомобиль», – говорит ученый.

На пути к пределу экономичности

Когда профессор Гулиа начинает рассказывать о проекте «суперавтомобиля», можно подумать, что он писатель-фантаст, а не ученый. Слишком удивительными кажутся его выкладки. «В одном из номеров «Популярной механики» (№7, 2005, с. 16) вы писали про карбоновое нановолокно, – говорит профессор. – Если из такого материала навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1 Мвт*ч/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. Беда в том, что заряжать такие накопители будет не от чего: мощность всех автомобилей в мире в десятки раз больше мощности всех электростанций». Поэтому в качестве альтернативы такой фантастической машине Гулиа предлагает более реальный проект автомобиля: его заправлять топливом все-таки придется, но раза в три реже, чем обычное авто.

Максимальный КПД современного бензинового двигателя всего 25–30%, дизельного выше – около 40%, но беда в том, что реально в городе (даже без учета пробок) двигатель работает с КПД около 7%. Чтобы переводить тепловую энергию топлива в механическую максимально выгодно, надо заставить двигатель работать в оптимальном режиме, близком к максимальной мощности. Если бы автомобиль был оснащен специальным накопителем, с его помощью можно было бы собирать энергию от двигателя, работающего в режиме максимального КПД, а уже из накопителя расходовать ее на движение автомобиля. «Такая схема позволила бы сократить расход топлива как минимум втрое», – рассказывает Гулиа. «Нурбей Владимирович, но ведь уже существуют различные гибридные автомобили, которые работают по такой схеме, однако ждать серьезного снижения расхода топлива от них не приходится». – «Вы правы. но в современных гибридных автомобилях механическую энергию двигателя приходится преобразовывать в электрическую, а затем снова в механическую. Это приводит к слишком большим потерям – энергетическую «пошлину» платить надо. Я же говорю о накопителе механической энергии – супермаховике, работающем в паре с супервариатором». Опытные образцы подобных автомобилей, оказывается, уже пыталась создать американская компания United technologies, и ей удалось достичь расхода дизельного топлива 3 л на 100 км для автомобиля массой 1500 кг. Но система была достаточно сложна и дорога: в частности, тут были использованы электрогенераторы и полномоментные (без коробки передач) тяговые двигатели, что и не позволило извлечь максимум достоинств из этой схемы. Именно изобретенный супервариатор призван сделать автомобиль куда привлекательнее. При такой схеме работы (рис. 4) двигатель периодически автоматически включается и, работая в оптимальном режиме, «дополняет» энергию в накопитель. Кроме того, в этой схеме осуществляется рекуперация энергии на спусках и торможениях, что ведет к фантастической экономии топлива. По данным Гулиа, обычный автомобиль может при этом расходовать всего лишь 1,2 л дизельного топлива на 100 км. но самое любопытное, что это еще не предел экономичности. Если вместо двигателя использовать более экономичные топливные элементы (рис. 3) с КПД около 56% (при работе на обычном топливе), то можно достичь еще большей экономичности – до 0,85 л солярки на 100 км! Пожалуй, это реальный ответ повышению цен на автомобильное топливо…

Март 2006
Николай Корзинов

Этапы большого пути

1939. Родился в Тбилиси (там же окончил школу и Политехнический институт).
1961. Сделал первое изобретение (усовершенствовал автомат для изготовления папирос), затем изобретает вариаторы новых конструкций.
1962. Поступает в аспирантуру в Москве, через 3 года защищает кандидатскую диссертацию, спустя еще 8 лет – докторскую.
1964–1984. Подает заявку на изобретение супермаховика: из-за затянувшейся экспертизы получает патент только через 20 лет.
1978. Начинает работать в Московском государственном индустриальном университете (МГИУ) профессором кафедры «Автомобили и двигатели». по настоящее время – заведующий кафедры «Детали машин».
2003. Подает международную заявку на изобретение супервариатора, по которой в 2005 году началось патентование в России и за рубежом.

Планетарный дисковый вариатор

От двигателя вращение подается на входной вал вариатора, на котором жестко закреплены внутренние диски. Они заставляют вращаться конические сателлиты. За счет того, что внешние диски неподвижны, сателлиты участвуют не только в орбитальном движении, вращая водило (выходной вал), но и вращаются вокруг своей оси. Изменение передаточного отношения в механизме обеспечивается за счет радиального перемещения сателлитов на водиле.

“Volvo › Update: Компания Volvo испытала маховиковый накопитель”

В течение 2012–2013 гг. шведы испытывали в реальных условиях редкий тип гибридного привода: накопитель кинетической энергии на основе маховика — Flywheel KERS…
www.drive.ru/world/volvo/…A+drivenet+%28DRIVE.RU%29

Механические накопители энергии

Замечание 1

Накопителем энергии можно назвать систему, которая дает возможность аккумулирования энергии какого-либо вида за время заряда, и передачи этой энергии спустя время ее потребителю за период разряда для совершения полезной работы.

Аккумуляторы энергии бывают:

• электрическими,
• тепловыми,
• механическими.

Изобрел прибор для накопления механической энергии Армстронг. Его прибор был основан на поднимании на высоту груза или на воздухе под высоким давлением.

Основными направлениями применения накопителей энергии считают:

• аккумулирование лишней на какой-то момент времени энергии и использование ее при необходимости;
• трансформирования одного вида энергии в другую, преобразование характеристик энергии.

Механическая энергия – это энергия перемещения (поступательного движения и вращения) и энергия взаимодействия тел или их частей, то есть кинетическая и потенциальная энергия.

Для механических накопителей (как и любого другого вида накопителей энергии) характерными режимами работы стали:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

• накопление энергии (заряд),
• отдача энергии (разряд),
• хранение энергии – промежуточный режим.

В режиме заряда к механическому накопителю подводится механическая энергия от внешнего источника. Конкретный тип реализации источника определен типом механического накопителя.

В состоянии разряда большая часть запасенной энергии отдается накопителем потребителю. Небольшая доля накопленной энергии теряется в режиме хранения и имеются потери в режиме разряда.

Разнообразие механических накопителей энергии

Механические накопители энергии применяются с древних времен. Их несомненными плюсами являются:

• конструктивная простота;
• неограниченный срок хранения запасенной энергии;
• большая надежность;
• исключительно длительный срок эксплуатации.

Основным недостатком механических накопителей считают малую удельную плотность запасаемой ими энергии.

Выделим следующие группы механических аккумуляторов энергии:

1. Гравитационные механические накопители.
2. Кинетические механические накопители
3. Накопители, использующие силы упругости.

Механические накопители можно разделить на:

• статические,
• динамические,
• комбинированные.

Статические накопители механической энергии аккумулируют энергию:

• при упругом изменении формы (объема) рабочего тела;
• при его движении против сил тяжести в поле гравитации.

Рабочее тело данных накопителей статично в режиме хранения, в состоянии заряда и разряда рабочее тело движется.

Динамические накопители копят кинетическую энергию (в основном) в массивных твердых телах, находящихся во вращении. Примером динамических механических аккумуляторов энергии можно считать накопительные устройства ускорителей элементарных частиц, запасающих кинетическую энергию заряженных частиц, циклически перемещающихся по замкнутым траекториям.

Комбинированные накопители механической энергии аккумулируют и кинетическую, и потенциальную энергию. Таким накопителем считают супермаховик из сверхпрочного волокнистого материала с малым модулем упругости. В этом маховике аккумулируется кинетическая энергия и потенциальная энергия упругой деформации.

Гравитационные механические накопители

Эти накопители используют тот факт, что каждое тело, поднятое на некоторую высоту $h$ над Землей, обладает потенциальной энергией, которая способна переходить в кинетическую энергию этого тела при его опускании. При этом потенциальную энергию вычисляют при помощи формулы:

$E_p=mgh (1),$

где $m$ — масса тела, поднятого над уровнем земли; $g$ — ускорение свободного падения.

В среде гравитационных механических накопителей выделяют:

• жидкостные накопители;
• твердотельные накопители.

В жидкостных гравитационных накопителях в качестве рабочего тела используют жидкость, в этой связи у накопителей данного вида имеется ряд недостатков, например:

• жидкость может быстро испаряться;
• малая плотность рабочего тела, которая приводит к росту конструктивных размеров.

К преимуществам твердотельных накопителей относят небольшую стоимость. Существенным недостатком можно считать большую массу накопителя и большой размер. Как пример твердотельного гравитационного накопителя можно рассматривать каждый груз, поднятый выше, чем находится уровень избранной поверхности.

Кинетические накопители энергии

Среди кинетических механических накопителей энергии можно выделить:

• колебательные накопители,
• гироскопические накопители.

Колебательные накопители кинетической энергии аккумулируют энергию возвратно – поступательном движении груза в состоянии резонанса. Движения груза могут быть как поступательные, так и вращение. В этих накопителях энергия поступает и расходуется порционно, совпадая с движениями груза. Необходимость создания условий резонанса ведет к существенному усложнению механизма и делает его зависимым от настройки. Данные накопители применяются в механических часах, имеющих пружинный или гравитационный маятник.

Гироскопические накопители аккумулируют энергию маховика, который находится во вращении с большой скоростью. В настоящее время запасаемая при помощи маховика энергия достигла 3 ГДж/кг. Удельная энергия данного накопителя существенно выше, чем она же у гравитационного накопителя. К преимуществам маховиков относят возможность передачи и получения почти неограниченную мощность.

К недостаткам этих накопителей относят:

• их высокую стоимость;
• сложность изготовления;
• высокая скорость вращения маховика требует наличие сложной системы трансформации крутящего момента.

Механические накопители энергии, использующие силы упругости

Удельная емкость аккумулируемой энергии этих накопителей очень велика. Учитывая малые габариты накопителей, их энергетическая емкость обладает самым большим значением в среде механических накопителей. Массивные маховики, имеющие большие скорости вращения обладают большей энергетической емкостью в сравнении с накопителями, использующими силы упругости. Однако последние:

• могут иметь гораздо меньшую массу;
• меньше чувствительны к факторам окружающей среды;
• имеют большее время хранения энергии.

Существуют накопители энергии на основе сжатого воздуха. Данные аккумулятора накапливают энергию за счет упругости сжатого газа. Газ закачивают в баллон. В случае необходимости получения электрической энергии, газ под давлением из баллона подают на турбину, которая выполняет механическую работу или вращает электрический генератор. Если необходима небольшая мощность, то вместо турбины пользуются поршневым двигателем, который оказывается в этом случае более эффективным. Почти любой компрессор в настоящее время имеет подобный накопитель, который называют ресивером. С увеличением давления воздуха, больше энергии запасают в одном и том же объеме. Так получают большие потоки энергии.