Что такое супермаховик технология 5 класс кратко

Обновлено: 08.07.2024

Одним из наиболее проработанных решений в области аккумуляции электроэнергии, является маховичный накопитель кинетической энергии.

Первые исследования в этой области начал проводить изобретатель супермаховика – профессор Нурбей Владимирович Гулиа, еще в 1960-х годах.

Инженерам NASA удалось создать установку мощностью 1 кВт и ёмкостью 525 А•ч на основе супермаховика массой 113 килограммов. Предназначен он был для установки на космические аппараты.

Пик исследовательских работ над супермаховиками начался в 1980-х, проводили эксперименты с маховиками мощностью от 0,5 до 133 кВт•ч.

Первые испытания давали обнадёживающие результаты, маховичный накопитель превосходил электрохимические аккумуляторы того времени по ёмкости и эксплуатационным характеристикам. Вот-вот, и мир получит невероятную технологию хранения энергии.

А проблем у супермаховика не меньше, чем достоинств.

Самая большая проблема с которой столкнулись исследователи – гигантская потеря мощности при использовании механических подшипников. Маховик терял до 20% мощности за 1 час.

Но первоначально в расчётах это не фигурировало, и маховик даже с механическими подшипниками должен был работать сутками.

Оказалось, дело в сохранении гироскопического момента, он оказался настолько большим, что даже вращение Земли оказывало сильную нагрузку на сам маховик и его подшипники, тем самым не только увеличивая силу трения, но и износ подшипников.

Эту проблему решили путём применения электромагнитных подшипников.

Но их нужно не только запитать электрической энергией, но и ещё и охлаждать. Потому образ современного супермаховика – это цилиндр, обвитый какими-то трубочками и проводами, с торчащей компрессорной установкой.

Супермахови́к — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии.

Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна или углеродных композитов. За счёт этого обеспечивается высокая прочность на разрыв и безопасность эксплуатации. При физическом разрушении супермаховик не разлетается на крупные части, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части тормозят барабан и предотвращают дальнейшее разрушение. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор-генератор, где статором является барабан, а ротором — ось, вокруг которой он вращается. Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию, а при подключении нагрузки — отдавать. КПД этого преобразования достигает 98 %.

су̀пермахови́к

Делаем Карту слов лучше вместе

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.

Насколько понятно значение слова амфитеатр (существительное):

Супермахови́к — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. Маховики как буферные устройства начали использоваться ещё во времена неолита, например, в устройстве гончарного круга. [1] В двадцатом веке маховик претерпел ряд конструктивных изменений, позволявшим ему запасать энергию на значительное время. Так, например, в 1950-тых годах вакуумированные маховики использовались в экспериментальном общественном транспорте, в частности испытывались гиробусы. [2]

Содержание

Преимущества и недостатки супермаховика

Супермаховик сочетает в себе долговечность и умеренную цену, безопасен [5] при разрушении. Как уже было сказано, его КПД очень велик. Недостатком супермаховиков является большой момент импульса, который будет препятствовать изменению направления оси вращения маховика.

Дополнительным недостатком супермаховика является отсутствие отработанной простой трансмиссии, позволяющей использовать его на транспорте. В настоящий момент проводятся эксперименты по передаче энергии вращения супермаховика на колёса транспортного средства посредством супервариатора. Перспективным также является использование вакуумного супермаховика на магнитной подвеске в качестве источника электроэнергии для маршевых электродвигателей.

Практическое использование

Изобретатель супермаховика, профессор Гулиа, в первую очередь собирался применить его как накопитель энергии для автомобилей и даже построил несколько образцов такого транспорта.

Однако последние успешные достижения относятся к другим областям. Компания Beacon Power (англ.) , основанная в США в 1997 году, сделала существенный шаг, разработав серию больших стационарных супермаховиков для применения в промышленных энергосетях. Супермаховики производства Beacon Power способны запасать энергию в 6 и 25 киловатт•часов в зависимости от модели и мощность в 2 и 200 киловатт соответственно.

Математика маховика

Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление.
Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения. (25 мая 2011)

Оценим энергетические параметры маховика, навитого из нити в виде полого толстостенного цилиндра с внутренним радиусом r, внешним радиусом R и длиной L.

Как известно, энергия, запасенная в маховике, равна: E = J·ω² / 2

Для маховика, указанной формы, момент инерции равен: J = m·(R²-r²) / 2

Квадрат максимально допустимой угловой скорости для нити на внешнем радиусе маховика будет составлять: ω² = σ/(ρ·R²)

Тогда максимальная запасенная энергия маховика будет составлять: E = m·σ·[1-(r/R)²]/(4·ρ)

Другими словами, при сравнении маховиков равной массы и с одинаковым коэффициентом пустоты r/R наиболее энергетически емким будет маховик, навитый из нити с максимальным отношением σ/ρ.

Если же развернуть формулу для массы, то получим видоизмененное выражение для энергии: E = σ·L·R²·[1-(r/R)²]²/4

По этой формуле мы можем сравнивать маховики одинакового геометрического размера. И в этом случае наиболее емким будет маховик с максимальным пределом текучести на разрыв.

Как можно заметить, и в первой и во второй формуле энергии отсутствует, как таковая, частота вращения, что позволяет упростить сравнение быстроходных и тихоходных маховиков. Для мобильных применений, например в автомобилях, актуально проводить оценку по первой формуле, так как там важна масса компонентов и агрегатов. Для стационарных применений больше подходит вторая формула, которая не учитывает массу, но позволяет оценить используемый объем, что важно для создания стационарных хранилищ с максимальной объемной плотностью энергии…

Что такое супермаховик Н. Гулиа?

Маховик – один из древнейших механизмов накопления кинетической энергии. Известно, что даже в древности его использовали из практических соображений. Тогда маховик являлся изделием из глины или дерева. Сегодня маховик применяют в различных в транспортной промышленности и в различных механизмах. В системе транспортного средства он способствует сохранению скорости вращения коленчатого вала с выключенным сцеплением. Супермаховик Гулиа тяжелый, но при этом способен быстро крутиться. Изделие состоит из многочисленных намотанных витков стальной пластичной ленты. Конструкция отличается прочностью и устойчивостью. Если он начнет разрушаться, то запутается в своих же частях, и это еще одно из преимуществ изобретения.

Чтобы полностью обезопасить человека от движущихся элементов, можно использовать бронекапсулу с вакуумом внутри. Маховик крепится на подшипниках – это дополнительные силы, препятствующие вращению. Если его установить на подвес из магнитов, то удастся нивелировать сопротивление движению, а это значит, что маховик сможет крутиться долгое время. Для выработки электричества потребуется генератор. Получаемое от супермаховика вращение генератор преобразует в ток. В результате получается точная копия генератора, но без необходимости сжигать топлива – это одна из ключевых целей, которую преследовал Нурбей Гулиа. За счет мотора-генератора можно как раскручивать маховик, так и забирать энергию за счет его вращения.

Насколько эффективен супермаховик Н.Гулиа?

Со времени разработки конструкции супермаховика прошло уже несколько десятилетий. Система, предложенная ученым, на первый взгляд сегодня может показаться архаичной, но на деле она по сей день остается одной из наиболее эффективных. Показатель КПД достигает отметки в 98%. Если навить маховик из карбонового нановолокна, его удельная энергия составит 1 МВт*ч/кг. Показатель энергии в тысячи раз больше, чем у самых совершенных аккумуляторных батарей. Автомобиль с массой 150 кг в теории способен на одном заряде преодолеть свыше 2 миллионов километров. Таким образом, супермаховик советского и российского ученого Гулиа – конструктивно простое, относительно недорогое изобретение с высочайшим уровнем КПД. Но есть два минуса, которые стоят на пути его массового внедрения.

Первый минус – гироскопический эффект. Он полезен в море для стабилизации корабля, но в автомобиле эффект будет только мешать и препятствовать реализации уникальных систем подвеса. Поскольку во время движения автомобиля на его составные части действуют различные силы, возникают вибрации, риск разрушения супермаховика возрастает в несколько раз. Если это произойдет, то возникнет большое число трудностей. И это второй существенный минус изобретения ученого. Гулиа стремился реализовать супермаховик именно в автомобильном транспорте, было сконструировано несколько образцов, но повсеместного распространения они не получили.

Область применения системы накопления энергии

Представленную ученым систему ставили на общественный транспорт в городе Курск, а также был изобретен грузовой автомобиль с движущей силой от маховика и мотор-генератора. Изначально казалось, что у Советского Союза появился уникальный шанс вывести промышленность на новый уровень и громко заявить о себе с минимальными затратами и без ущерба для экологии. Но в 70-х годах государственное финансирование проекта свернули. Одна из теорий – в Министерстве Промышленности опасались, что предложенное Н.Гулиа изобретение дойдет до Европы и США, что было крайне невыгодно в условиях мирового нефтяного кризиса. Так как советская нефть пользовалась высоким спросом, в высших кругах посчитали не нужным предать уникальное изобретение широкой огласке. Но это только одна из версий.

Ученый не исключает возможность создания графенового супермаховика. Удельная емкость энергии по расчетам составит 1.2 кВт*ч/кг, что существенно выше аналогичного показателя в современных литий-ионных аккумуляторах

По-другому обстоят дела в сфере промышленности. В России Kinetic Power под сопровождением Н.Гулиа разработала стационарный накопитель энергии с супермаховиком в конструкции. Потенциал колоссальный – один маховик способен накопить до 100 КВт*ч энергии и обеспечить мощность до 300 кВт. Уникальность системы в том, что она способна заменить гидроаккумулирующие электростанции и выровнять нагрузку на электрическую сеть целого жилого района. Также система актуальна в домохозяйстве и области электромобилей. По мнению инженеров Skoda, подобную систему рационально использовать для подзарядки аккумуляторов электрического автомобиля. За счет дневного раскручивания маховика вечером возможна отдача энергии в заряд АКБ без нагрузки на городскую электрическую сеть.

Заключение

Задачи с большой буквы – конструкция супермаховика и плавный отбор энергии уже давно решены. Периодически сегодня можно слышать об эффективности реализации системы в узкопрофильных областях. Но там, где на изобретение советского ученого возлагались основные надежды (автомобильная промышленность и энергетика), система не нашла своего применения. Несколько лет назад американская компания Beacon Power решила возвести вблизи с Нью-Йорком частную супермаховичную аккумулирующую станцию.

Супермахови́к — один из типов маховика, применяемый в Маховичных Накопителях Кинетической Энергии для накопления энергии. По сравнению с обычными маховиками, способен сохранять больше кинетической энергии и безопасен в использовании.

Современный супермаховик представляет собой тело вращения, изготовленное путем намотки различных прочных и гибких материалов, например, тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна или углеродных композитов, на специальный центр - ступицу. Такая конструкция обеспечивает высокую энергоемкость и безопасность эксплуатации. При разрушении такой супермаховик не разлетается на крупные осколки, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части ленты тормозят супермаховик трением о внутреннюю поверхность корпуса и предотвращают дальнейшее разрушение. Супермаховик из графеновой ленты способен хранить до 1200 Вт·ч (4,4 МДж) на килограмм массы [1] .

В составе Маховичного Накопителя Кинетической Энергии супермаховик работает в паре с мотором-генератором. При подключении в сеть мотор-генератор раскручивает супермаховик, а при подключении нагрузки — тормозит. КПД этого преобразования достигает 98 % [2] . Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Маховики как буферные устройства начали использоваться ещё во времена неолита, например, в устройстве гончарного круга [3] . В XX веке маховик претерпел ряд конструктивных изменений, позволивших запасать энергию на значительное время. Так, например, в 1950-х годах вакуумированные маховики использовались в экспериментальном общественном транспорте, в частности, испытывались гиробусы [4] . В 1964 году советский инженер Н. В. Гулиа заявил авторские права на первую конструкцию супермаховика.

Читайте также: