Супермаховик.

Автор nokia 1, 18 Дек. 2010 в 19:07

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

LW6600

http://bookz.ru/authors/gulia-nurbei/udivitel_688/page-14-udivitel_688.html
-немного интересной информации и результатов экспериментов.

nokia 1

http://www.membrana.ru/particle/17374 забавная вещь но тут маховик играет только роль гироскопа

No666Va

#20
А кто-то уже пробовал изготовить маховик? Я посчитал на более реальные цифры для изготовления в условиях гаража. Диаметр 0.5 метра внутренний 0.4 метра и высота 0.5 метра. Масса будет такого цилиндра полого 64 кг (плотность стекловолокна 1800 кг/м3). Материал высокомодульное стекловолокно, выдерживает усилие на растяжение 4500 МПа тоесть раскрутить можно до 40 тыс оборотов в минуту, тогда окружная скорость будет около 1000 м/с и разрывное усилие около 4000 Мпа...выдержит значит. Накопит такой маховик 8 кВт*час энергии, или в переводе на массу 125 Вт на килограмм, тоесть емкость как очень хорошего аккумулятора той же массы, но заменять его не придется, он прослужит годами. (некоторые тут говорят что лучше из чегото тяжелого делать...так вот у стали прочность на растяжение максимум 380 МПа у самых дорогих сталей! тоесть более чем в 10 раз меньше..а масса больше чем у стекловолокна или карбона только в 4 раза...так что очевидно что сталь не катит как и другие материалы тяжелые, они сами себя рвут при сильном вращении)

Какие могут быть проблемы в изготовлении?
1. Подшипники? - на 40.000 оборотов их много существует, и есть электромагнитные с нулевым трением, тоесть почти вечные.
Tripod Floater v2.1 такие системы подвеса уже чуть ли не студенты собирать начали))
Движение без трения происходит. Подшипники вобщем в продаже имеются эти довольно давно.
2. Отвод энергии? - генератором на постоянных неодимовых магнитах, в американской разработке маховик емкостью 1 кВт*час позволяет получать мощность 100 кВт, нам такая мощность и не нужна даже.
3. Вакуум создать нужно всего 1 раз внутри, потому что вся система герметизирована, а вывод энергии по проводам тоесть рабочих отверстий не предусмотрено, все герметично заделаные, значит вакуумный насос там тоже ненужен.
4. Гироэффект? - маховик подвешивается как гироскоп и свободно вращается сохраняя свое положение при наклонах автомобиля....а вокруг своей оси гироэффект не проявляется, тоестиь авто сможет свободно совершать повороты не наматывая провода на маховик.
механический гироскоп вот так нейтрализуется гироэффект в махомобилях.

Проблем по сути нет никаких получается.

Lexeich

2 маховика, вращающихся в противоположные стороны, устраняют гироэффект
Кому - татор, а кому - лятор!

DruuM

2No666Va

Почитайте эту тему для начала-https://electrotransport.ru/index.php/topic,3157.0.html.

Далее по пунктам-

1)8квт*ч это абсолют. Из них реально используемы 8*(0.8~0.75)*КПДсистемы
2)40 000об/мин-ссылку плз на реальные подшипники.
3)интереснее стекловолокна-карбоновый ровинг
4)годами не прослужит-накапливаются усталостные деформации-ресурс считать- та еще занимательная арифметика
5)"породнить" маховик и генератор да еще с гироподвесом и с магнитным (плз ссылку на реальные магнитные подшипники) а заодно и с электрической системой преобразования энергии


вот тут самое вкусное и начинается-
-подшипники+ваккуум
-динамическая стабильность системы в заданном пределе температур и мощностей
-ресурс

итогом просчета получается выделение тепла в крайне короткий промежуток времени (фундаментальное и замечательное свойство маховика отдавать огромные мощности), дай бог, чтобы это был не взрыв на 8квт*ч(около 28Мдж) -в тротиловом эквиваленте, чтоб было понятно- это что-то около 8-9 килограмм.

Предлагаю всем СТРАЖДУЩИМ по Супермаховикам попробовать сделать реальный маховик-генератор-накопитель на безопасную мощность.

2 Lexeich- 2 маховика, вращающихся в противоположные стороны, устраняют НЕ гироэффект, а реактивный момент (аналог вертолеты соосной схемы, но гироэффект там "здав будь боярин")

И все-таки идея имеет право на воплощение, но только с серьезным подходом имхо...

den812

неуспел.. уже написали.. про гироэффект... 
представляете если на скорости изменится рельеф дороги? ;)) и еще и повернуть нужно будет  %-)

а маховик (если вращается в горизонтальной плоскости) решит что ему так плоскостью и надо перемещаться...
так он всю свою конструкцию и повернет как ему надо...

Давно я уже эту тему обмусоливал..
если уж говорить про размещение то можно разместить большой плоский маховик под днищем а.м.
как раз получится хороший стабилизатор горизонтальной устойчивости...

No666Va

#24
Цитата: DruuM от 21 Апр. 2012 в 16:57
1)8квт*ч это абсолют. Из них реально используемы 8*(0.8~0.75)*КПДсистемы
2)40 000об/мин-ссылку плз на реальные подшипники.
3)интереснее стекловолокна-карбоновый ровинг
4)годами не прослужит-накапливаются усталостные деформации-ресурс считать- та еще занимательная арифметика
5)"породнить" маховик и генератор да еще с гироподвесом и с магнитным (плз ссылку на реальные магнитные подшипники)

Ну по пунктам:
1. Откуда простите коэффициенты? Потери в моторе 20%? КПД BLDC движка (который так же в качестве генератора работает) более 95%. Других потерь там нет. Трения нет. Кроме потерь на эл. сопротивление проводов больше нет потерь у безщеточного двигателя постоянного тока вращающегося в вакууме на безконтактных подшипниках.

2. Вот например http://www.mashportal.ru/Default.aspx?PageContentMode=1&tabid=448 (до 100 тыс оборотов) либо электромагнитный, ему по барабану с какой скоростью вал вращается.
А вот магнитные подшипники в продаже http://www.bergab.ru/skfmagnetic.shtml

3. Карбон дороже стекловолокна в 10 раз, мы говорим о дешевом варианте для сборки в гараже:) Несколько тысяч долларов на 50-100кг карбона мало у кого найдется. А вот 500 баксов на стекло найдутся))
4. Усталость конечно можно учитывать, но электродвигатли как-то работают по 5-10 лет на одном валу, палят на них обмотки не правильной экспуатацией, переметывают дальше используют, его вал не исчерпывает свой усталостный ресурс за 10 лет (аккумуляторы год-два проживут и то под конец емкость будет уже не та)
5. Любой BLDC мотор является генератором. Сроднять ничего и ненужно, как только от схемы снимается внешний источник тока, то этот мотор начинает вырабатывать энергию при замкнутой цепи и тормозить маховик.

Динамическая устойчивость организуется этими самыми подшипниками, это их побочное свойство) Когда вал в силу вибраций начинает "ходить" подшипники начинают его в противоположном направлении тягать уравновешивая, так как в них индуктивные датчики расстояния стоят и любое отклонение автоматически уравновешивается электромагнитом на другой стороне. Гироподвес...а что простите в нем сложного? 2 рамки 4 втулки 4 подшипника. Ресурс..не меньше чем у электродвигателя, потому что работает на том же принципе, маховик вообще не изнашивается в вакууме. Есть ролик на ютубе где огромный двигатель (полметра в диаметре) раскручивают до 20 тыс оборотов в минуту, а на нем стоит монетка ребром и не падает, вот такие "вибрации" в саморегулирующемся магнитном подшипнике.

По поводу его безопасности то вы рассуждаете в категории твердотельных маховиков, когда разлетаются 3 куска с энергией в несколько килограмм тротилла, стекловолокно рассыпается в пыль, причем только верхний милиметровый слой который и превысит предел прочности, внутренний слой вращается на меньшем радиусе и может себе позвольть бОльшие частоты вращения, тоесть не разорвется весь маховик, он не цельный. Так что рискуем мы отрываением слоя в милиметр например с маленькой энергией, а тепловыделение определяется КПД, если КПД более 95% (а на что там потери идут? трения в подшипниках нет, трения о воздух нет, только на нагрев проводов генератора в силу ненулевого сопротивления тоесть 5% энергии перейдет в тепло, а количество тепла в час определяется снимаемой мощностью, если снимается 5квт в час, то отводить нужно 250 вт в час это ерундовое дело)

А тему почитаю, не видел ее раньше.

Цитата: den812 от 21 Апр. 2012 в 17:42
неуспел.. уже написали.. про гироэффект... 
Вы не прочли полностью сообщение, гироэффект в автомобиле наблюдается если маховик у него на раме закреплен, а закреплять его нужно как в гироскопе на вращающихся рамках, тоесть наклоняется автомобиль, а маховик сохраняет вертикальную ось вращения. Какие же тут проблемы. Так как ось вращения маховика вертикальна, то движению авто он не мешает, потому что маховик мешает только изменять угол плоскости вращения, но не ее положение. Откройте на википедии гироскоп, он подвешен на рамках, вот маховик так же должен "болтаться" в машине.

Ну вот же на видео школьники развлекаются. Смотрите начиная с 1 минуты 40 секунды, он руками по всякому вращает рамку, а маховик висит себе и никакого гироэффекта на рамке, тоесть автомобиль так же может по всем ямам наклоняться не мешая маховику крутиться. Какие проблемы так же в автомобиле подвесить маховик на рамках?
механический гироскоп

diagnost1

Да ! Все хорошо. 10 000 -40 000 об/мин Как балансировать ??????  %-)

No666Va

#26
Цитата: diagnost1 от 21 Апр. 2012 в 22:28
Да ! Все хорошо. 10 000 -40 000 об/мин Как балансировать ??????  %-)
Автобалансировка это побочное свойство магнитного подшипника. Когда вал отклоняется от своего положения его электромагнит тянет обратно, это его принцип действия - магнитного подшипника. 40 000 об в минуту это 670 оборотов в секунду, а схема подшипника работает на частоте 20-80 kHz тоесть она его смещение за 1 оборот более 50 раз сканирует и примет решение о его балансировке. Не те скорости.

Если сомнения то вот видео. Агргат мощностью 400 кВт!!! и скоростью вращения 20 000 вообще не вибрирует. На нем ребром монетка стоит и не падает. Там вал не меньше тонны весит, на мех. подшипниках такое просто невозможно. За магнитоподшипниками будущее. Это просто инерционность мышления и в такое не верится, но электроника успевает отрегулировать вибрацию за долго до того пока она заметна глазу станет, вал еще только на микрон собрался сдвинуться, а датчики уже дали сигнал и электромагниты тянут его обратно на место.

Magnetic Bearings - Synchrony vibration-free high speed electric motor with magnetic bearings

VladimirA

Цитата: den812 от 21 Апр. 2012 в 17:42
если уж говорить про размещение то можно разместить большой плоский маховик под днищем а.м.
как раз получится хороший стабилизатор горизонтальной устойчивости...
Сам маховик не является "стабилизатором устойчивости".
Есть "эффект Витта" - при попытке повернуть раскрученный маховик в одной плоскости, он будет сопротивляется, но сам тут же повернется в другой плоскости на 90 грд. к приложенной.
Вы это легко можете проверить, взяв подшипник и раскрутив его потоком воздуха от компрессора.
Поэтому маховик для стабилизации является только датчиком, по которому можно координировать устойчивость дополнительными приводами.
И в современных системах стабилизации маховики минимальны.
Есть даже 1,5 - 2 см. кольца, где роль маховика выполняют электроны, а датчики снимают отклонения и управляют моторами выравнивания.

Но снять торможение, как энергию, можно. Только для разгона маховика нужен (чем быстрее разогнать, тем более мощный) двигатель.
Это, как в литиевых батареях, чем быстрее зарядить, тем мощнее зарядка.
Возить его с собой?

DruuM

по пунктам:

1.коэффициент 20% это интересная "фича" глобального свойства любого аккумулятора. Проще говоря, разряжая любой накопитель более, чем на 80% мы сильно проигрываем. Но это физика и математика,- школьная программа (правда каких годов).
2.по стеклу соглашусь- дешевле, но тогда о каких активных магнитных подвесах идет речь?
3.усталостная прочность- речь шла о контсрукциях из стекловолокна, углеволокна и проч. вы будете удивлены ресурсом системы при мало-мальских вибронагрузках (в случае дешевого магнитного подвеса вопрос снимается)

мы сейчас занимаемся болтологией.
Создайте рабочий вариант и будет честь вам и хвала!
только будьте осторожны.


No666Va

Цитата: DruuM от 22 Апр. 2012 в 10:39
по пунктам:

1.коэффициент 20% это интересная "фича" глобального свойства любого аккумулятора.
2.по стеклу соглашусь- дешевле, но тогда о каких активных магнитных подвесах идет речь?
3.усталостная прочность- речь шла о контсрукциях из стекловолокна, углеволокна и проч. вы будете удивлены ресурсом системы при мало-мальских вибронагрузках (в случае дешевого магнитного подвеса вопрос снимается)

1. С этим соглашусь всю энергию мы не заберем у маховика, а порядка 75% только, но это же не КПД, эта энергия не пойдет в тепло которое нужно отводить, в тепло пойдет 5% а такие потери терпимы и легко отводимы. Так получается маховик 8 квт.час со снимаемой энергией 6 квт.час

2. магнитные подвесы я думал сделать собственного изготовления. в электронике и микропроцессорах разбираюсь немного. эта тема мне интересна больше чем сам маховик вобщем)) на английском языке много дипломных работ есть где разбирается устройство и принципы работы магнитного подвеса, вобщем ничего сложного. индуктивный датчик-АЦП-процессор в котором определяется смещение вала по сигналу датчика-АЦП-усилитель тока-электромагнит на противоположной стороне.

av-master

Я бы не сказал чт несложно. Индуктивный датчик в условиях сильных помех, огромная частота и разрядность ацп потом цифровая фитьтрация сигнала (минимум хороший dsPIC33
потом пид регулятор управляющий электромагнитом. довольно сложный проект.

No666Va

Цитата: av-master от 22 Апр. 2012 в 14:25
Я бы не сказал чт несложно. Индуктивный датчик в условиях сильных помех, огромная частота и разрядность ацп потом цифровая фитьтрация сигнала (минимум хороший dsPIC33
потом пид регулятор управляющий электромагнитом. довольно сложный проект.
Задача облегчается тем, что работ по данной теме много, хоть и на английском языке, какие-то узлы целиком схемы найти получится, а может и всю схему подшипника, они всетаки уже выпускаются, а не гдето в НИИ существуют. Основная задача будет это написание кода к готовой схеме.

av-master

 :-D дык схему то за 30 минут можно нарисовать а PID регулятор написать и отладить да еще и с ЦОС это задачка для ЦОС разработчика на месяц и больше. а это дорого. регулятор должен на несколько порядков быстрее вала работать.
Почему не использовать керамические подшипники от шпинделей станков ?

tony16

Цитата: av-master от 22 Апр. 2012 в 17:07
:-D дык схему то за 30 минут можно нарисовать а PID регулятор написать и отладить да еще и с ЦОС это задачка для ЦОС разработчика на месяц и больше. а это дорого. регулятор должен на несколько порядков быстрее вала работать.
Почему не использовать керамические подшипники от шпинделей станков ?
Что то я полистал тему и не совсем понял.. люди вы пытаетесь снова изобрести велосипед?
все давно изобретено и давно используется. Доказано супермаховик хороший накопитель энергии.

1. KERS – Kinetic Energy Recovery System
http://f1-marussia.ru/sistemy/kers-kinetic-energy-recovery-system

снова вернулся в формулу 1, этот же маховик ставился на порше и вроде изобретает вольво.
http://icarbio.ru/articles/kers.html


2.Первый городской гироцикл С-1 http://thegreenville.ru/blog/c_1/2012-01-11-646
C-1 fully-enclosed self-balancing motorcycle
видел в инете на какой то выставке - уже сам передвигается и держит равновесие.

и на затравку старая тема на этом форуме https://electrotransport.ru/index.php/topic,649.54.html
и расказ от Гулиа 30-летней давности http://n-t.ru/ri/gl/ek08.htm

не говоря уже про поезда метро где супермаховики давно используются

nikvic

Цитата: tony16 от 22 Апр. 2012 в 18:39
... расказ от Гулиа 30-летней давности http://n-t.ru/ri/gl/ek08.htm
ЦитироватьУдельная энергия супермаховика тогда составит 240 килоджоулей на килограмм массы. Правда, уже испытаны супермаховики с удельной энергией в 650 и даже 700 килоджоулей на килограмм...
Делим на 3.6 - получаем менее 200втч/кг. А что там у передовых батарей :cool:

Теоретический предел для данного материала - прочность/плотность/2 (школьная задача о скорости тонкого кольца). Обычные проблемы, кроме трения-вибраций - деформация для особо прочных современных "кевларов". Есть и принципиальный предел - прочность межатомных связей, удельная энергия хим. связей.

А у аккумуляторов, кроме этой самой химической энергии, есть солидный 10-кратный теоретический задел - при использовании кислорода воздуха.

tony16

Цитата: nikvic от 22 Апр. 2012 в 19:20
Делим на 3.6 - получаем менее 200втч/кг. А что там у передовых батарей :cool:
..
А у аккумуляторов, кроме этой самой химической энергии, есть солидный 10-кратный теоретический задел - при использовании кислорода воздуха.
Что уже гораздо лучше многих свинцовых, никелевых батарей и суперконденсаторов.
А теперь учтем что количество циклов заряд-разряд стремится бесконечности.. становится пофигу на втч/кг.

Хотя! забыл упомянуть вроде маховик уже отправляли на МКС и он там успешно работал - про гиродины не говорю.

а вот научная статья http://proatom.ru/modules.php?name=News&file=print&sid=811
и там уже цифра  Кольцевой маховик  1.36-4.0 кВт*ч/кг

самое главное что в космосе и подшипники пчти не нужны, хотя вроде и в маховике  KERS применена система магнитной подвески диска.