Техника - молодёжи 1974-06, страница 23

стоннствами — например, почти постоянным крутящим моментом.

Для машин с гидравлической системой лучше всего подойдет гидроаккумулятор — пружинный двигатель, показанный на рисунке 20. В нем накопление и выделение энергии производится при закачке или выпуске масла. Здесь пружина уже не ленточная, а проволочная. Эффективность этой самой проволоки можно значительно повысить, удалив осевые участки, которые при ее кручении все равно не участвуют в процессе накопления энергии. Конечно, изготовление вместо пружинной проволоки трубки с высокими прочностными свойствами (рис. 22) куда сложнее и труднее, но при необходимости на такую жертву идут.

Однако, несмотря на все меры по увеличению энергоемкости пружинных двигателей, они по этому показателю очень отстают от аккумуляторов других видов. Например, энергоемкость маховиков превышает энер-гоекфость любых пружин при той же прочности материала в десятки тысяч раз!

Какие же есть пути повышения энергоемкости «упругих» аккумуляторов? Этот вопрос мы и обсудим в следующей главке.

Высокоэнергоемкие аккумуляторы

Накопленная в аккумуляторе механическая энергия тем выше, чем значительнее сила и перемещение под действием этой силы. Следовательно, в качестве аккумулирующего элемента целесообразно использовать материалы, допускающие большие деформации под действием больших сил. И здесь, пожалуй, не найдешь ничего лучшего, чем газ. При его сжатии запасается огромная энергия — она соизмерима с энергией перспективных электроаккумуляторов и маховиков. К сожалению, недостатки «газовых» аккумуляторов (рис. 21) свели почти на нет их достоинства.

Прежде всего, закачивать газ в баллон надо компрессором, а отбирать энергию — пневмодвигателем. А к.п.д. этих агрегатов довольно невысок. Хорошо, если удается использовать хоть четверть затраченной энергии. И еще. Со школьной скамьи Мы знаем: газ при сжатии нагревается, а при расширении охлаждается. Так вот, только что закачанный газ в баллоне очень горяч. Однако со временем он охлаждается, принимает температуру окружающей среды. И это выделяющееся тепло уносит с собой до 40% накопленной энергии. Как видите, 6т «запасов» газо

вого аккумулятора остаются лишь жалкие крохи.

Раз газ не подходит, вернемся к твердым веществам. Современная техника располагает большим количеством сверхпрочных ролокнистых материалов. выдерживающих огромные напряжения. У некоторых из них, например стеклянных и кварцевых волокон, сравнительно низкий модуль упругости, то есть деформации достаточно велики. Словом, есть условия для накопления энергии. Все, казалось бы, просто: надо как можно сильнее натянуть эти волокна, словно струны музыкального инструмента, и тем самым запасти в них механическую энергию. Но вся беда в том, что вес собственно аккумулирующего элемента — струны — будет составлять крайне малую часть веса натяжного устройства. Даже при небольшой мощности оно грозит перерасти в тяжелый и громоздкий, точно рояль, агрегат. Нельзя ли как-иибудь от него избавиться? Оказывается, можно натянуть и даже разорват|> струну без помощи каких-либо натяжных устройств.

В своей статье «Первый круг маховика» (см. «ТМ», № 6, 1973) я рассказал о сделанных из высокопрочного волокна супермаховиках, аккумулирующих кинетическую энергию. При вращении с достаточно большой скоростью супермаховик растягивается центробежной силой настолько, что накопленная в его волокнах потенциальная механическая энергия может даже превысить кинетическую. Как будто, чего еще надо, без каких-либо дополнительных приспособлений накапливается потенциальная энергия, в тысячи раз превышающая энергию, сосредоточенную в сжатой пружине того же веса, что и супермаховик. Да еще вместе с кинетической, не в меньшем размере. Бери используй! Увы, энергию можно снимать с вала маховика только при замедлении его вращения, а это не всегда удобно. Теряется основное преимущество «упругих» аккумуляторов — скажем, заводных пружин — возможность съема энергии при произвольном изменении угловой скорости выходного вала.

Да, заманчиво было бы создать аккумулятор с характеристикой заводной пружины, но с запасом энергии супермаховика.

Тут самое время вспомнить задачу об артиллерийском взрывателе, возникшую в начале Великой Отечественной войны и решенную профессором МВТУ имени Н. Э. Баумана А. Обморшевым. В механизме взрывателя артиллерийского снаряда использовалась миниатюрная заводная пружина. И вот обнаружилось, что в летящем снаряде она развивала почти' вдвое больший момент, а следовательно, выделяла вдвое большую энергию, чем в неподвижном. Секрет

оказался прост: так как летящий снаряд не только движется поступательно, но и вращается вокруг продольной оси, на пружину действуют, кроме силы ее упругости, еще и центробежные силы. Схема действия этих сил на ветви пружины показана на рисунке 23.

Сама собой напрашивается идея: вращать пружинный аккумулятор вокруг своей оси с необходимой скоростью (например, при диаметре обоймы 0,5 м — со скоростью 10 тыс. об/мин.). При этом ветви пружинной ленты растянутся до предела. (Разумеется, число ветвей ленты должно быть больше одного, чтобы она стала уравновешённой.) Развиваемый ими момент превысит в тысячи—десятки тысяч раз ту величину, которая была у неподвижного аккумулятора. Остается снять запасенную энергию. Как это сделать? С помощью дифференциальной (или суммирующей) передачи, схематично показанной на том же рисунке 23. Вал (на нем покоится внутренний моток ленты) и обойма (к ней прилегает внешний моток) связаны с двумя коническими (можно и цилиндрическими) шестернями, которые через сателлиты, расположенные на водилах, кинематически соединяются с блок-шестерней, свободно сидящей на валу. При вращении всего аккумулятора (обоймы с валом) водила сателлитов стремятся из-за натяга ленты повернуться во взаимно противоположных направлениях (подобно обойме и валу неподвижного пружинного двигателя). Стоит отпустить их, как они, раскручиваясь, начнут выделять энергию; при этом лента будет переходить с внутреннего мотка на внешний. Если вращать водило против действующего усилия, аккумулятор станет накапливать энергию, «заводиться», а лента — переходить на внутренний моток. Совсем как в заводной пружине, но энергии в тысячи раз боль-ше! Аккумулятор, конечно, должен иметь как можно меньше потерь при вращении, что достигнуто уже в современных маховиках (см. «ТМ», № 6, 1973). Конструкция этого аккумулятора центробежной энергии, разработанная автором, зафиксирована авторским свидетельством СССР № 229152. Пока была изготовлена и опробована лишь модель. На пути создания реального образца стоят еще многие трудности как теоретического, так и конструктивного характера.

Аккумулирование механической энергии — дело весьма перспективное, приобретающее все большую актуальность. Пришло время, когда молодые специалисты должны задуматься о том, как человечеству «запасать впрок» столь дефицитную в будущем субстанцию — энергию.

21