Моделирование бесконтактного подвеса маховичного накопителя энергии
Бесконтактные подвесы и их использование для левитации тяжелых маховиков накопителей энергии, роторов гироскопических приборов и других устройств, работающих в экстремальных условиях эксплуатации. Осуществление подвеса различных тел без расхода газа.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.08.2018 |
| Размер файла | 107,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование бесконтактного подвеса маховичного накопителя энергии
В.А. Зеленский,
А.А. Нюхалов Зеленский Владимир Анатольевич - к. т. н., доцент.
Нюхалов Александр Александрович - ассистент.
Аннотация
На основе предложенной физической модели бесконтактного вибрационного подвеса маховичного накопителя энергии разработана математическая модель устройства. Модель позволяет определить зависимость относительного давления в цилиндре подвеса от частоты колебаний, а также другие эксплутационные характеристики. Полученные соотношения определяют условия надежной работы подвеса на частоте порядка 10 кГц.
Ключевые слова: бесконтактный подвес, маховичный накопитель энергии, удерживающая сила, закон Бойля, динамические характеристики.
Бесконтактные подвесы используются для левитации тяжелых маховиков накопителей энергии, роторов гироскопических приборов и других устройств, работающих в экстремальных условиях эксплуатации [1]. В отличие от подшипниковых опор, в подвесах отсутствуют силы трения, приводящие к изменению температурного режима, износу соприкасающихся поверхностей. Особенностью рассматриваемого вибронесущего бесконтактного подвеса является отсутствие перемещения газа под опорами. Это позволяет осуществлять подвес различных тел без расхода газа, причем пуск и остановка ротора, в отличие от газодинамических опор, характеризуются отсутствием сухого трения. Проведение серии экспериментов с вибронесущим подвесом сопряжено с известными техническими и финансовыми трудностями, поэтому представляется целесообразным, прежде всего, разработать и исследовать математическую модель данного устройства.
Для объяснения вибронесущего эффекта рассмотрим физическую модель, представленную на рис. 1.
Основу физической модели составляет цилиндр 1 с радиусом R, в который помещена плоская пластина 2. Поршень 3, также имеющий плоскую форму, свободно перемещается внутри цилиндра. Предположим, что трение внутри цилиндра и влияние силы тяжести отсутствуют. Тогда первоначальное давление P0 газа объемом V, заключенного в цилиндре, равно давлению окружающей среды, а сам объем равен
,
где S - площадь пластины, x0 - начальное расстояние между поршнем и пластиной. Перемещаем поршень относительно пластины таким образом, что
.
Если масса пластины 2 мала, а частота колебаний незначительна, то пластина будет совершать колебательное движение относительно начального положения x0 с амплитудой Дx, при неизменном расстоянии между ними. С увеличением частоты вибрации поршня щ частота колебаний пластины в силу инерции будет уменьшаться и начиная с некоторой частоты будет практически неподвижной.
Возникшее при этом давление P внутри объема между пластиной и поршнем на основании закона Бойля равно
.
Отсюда относительное давление получается в виде
,
где е=Дx/x0 . График зависимости показан на рис. 2.
Как видно из графика, средняя площадь фигуры P/P0, находящейся выше линии 1,0, больше средней площади фигуры, находящейся ниже оси 1,0, т.е. окружающего давления.
Усредненное за период колебаний давление, действующее на пластину, равно:
.
Тогда для поддержания среднего расстояния между пластиной и поршнем создается удерживающая сила:
.
Усреднение колебаний давления во времени осуществляется за счет инерции взвешенного тела. Колебания, которые совершает взвешенное тело, будут в конечном итоге влиять на точность работы системы подвеса. Амплитуда этих колебаний Дx определяется из соотношения
,
где g - ускорение силы тяжести, k - поправочный коэффициент, определяемый на основе экспериментальных данных [2]. Расчеты показывают, что при частоте порядка 10 кГц величина Дx составляет 10-4 мкм, что является приемлемым для многих приложений [3, 4].
Определим работу, производимую поршнем для создания удерживающей силы. При перемещении поршня скорость движения равна
.
Тогда работа, совершаемая поршнем для создания удерживающей силы, находится из выражения
.
Полученные математические соотношения позволяют рассчитать динамические характеристики подвеса при использовании его в системах энергопитания большой емкости.
Применявшиеся ранее модели бесконтактных подвесов не позволяли получить удовлетворительное приближение к экспериментальным данным в требуемом диапазоне частот. Полученная модель дает возможность определить условия, при которых обеспечивается точность и надежность работы подвеса на характерной для многих приложений частоте колебаний порядка 10 кГц. подвес маховик энергия
Библиографический список
1. Джента Дж. Накопители кинетической энергии. Теория и практика современных маховичных систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 430 с.
2. Инерционные механические энергоаккумулирующие системы / Будник В.С., Свириденко Н.Ф., Кузнецов В.И. и др. - Киев: Наукова думка, 1986. - 176 с.
3. Нюхалов А.А. Маховичный накопитель энергии с оптоэлектронными элементами управления и контроля // Надежность и качество: Материалы международной конференции. - Пенза, 2009. - С. 408-410.
4. Ляченков Н.В., Молотов П.Е. Применение бесконтактных подвесов в изделиях машиностроения. - Самара: ИПО СГАУ, 1998. - 178 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика устройств преобразования различных видов энергии в электрическую и для длительного хранения энергии. Использование мускульной силы человека для обеспечения автономного функционирования систем электрического питания при помощи велотренажера.
научная работа [270,6 K], добавлен 23.02.2013Общие правила проектирования и разработок, безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, для объектов использования атомной энергии. Организация контроля за качеством производимых сосудов, возможные дефекты, пути и методы их устранения.
методичка [89,3 K], добавлен 05.03.2010Классические источники энергии, их характеристика. Виды и уровень развития альтернативных источников энергии, их основные достоинства и недостатки. Абсолютная и относительная сила мышц человека. Обзор устройств, работающих на мускульной силе человека.
реферат [302,6 K], добавлен 24.06.2016Аналитические выражения как основа методов измерений мощности и энергии в цепях постоянного и однофазного тока. Характеристика и устройство приборов, использование электродинамических и ферродинамических механизмов. Измерение энергии в трехфазных цепях.
курсовая работа [883,3 K], добавлен 10.05.2012Основы энергосбережения, энергетические ресурсы, выработка, преобразование, передача и использование различных видов энергии. Традиционные способы получения тепловой и электрической энергии. Структура производства и потребления электрической энергии.
реферат [27,7 K], добавлен 16.09.2010Характерные особенности поверхностных волн на глубокой воде. Основы преобразования энергии волн. Преобразователи энергии волн. Колеблющийся водяной столб. Преимущества подводных устройств. Преимущества подводных устройств. Экология энергии океана.
реферат [1,6 M], добавлен 27.10.2014Пути и методики непосредственного использования световой энергии Солнца в промышленности и технике. Использование северного холода как источника энергии, его потенциал и возможности. Аккумулирование энергии и повышение коэффициента полезного действия.
реферат [18,0 K], добавлен 20.09.2009Закон сохранения механической энергии и расчёт производной по переменной. Использование производной в статике, в термодинамике для нахождения экстремальных значений параметров в циклах идеального газа, в геометрической оптике с помощью принципа Ферма.
реферат [159,9 K], добавлен 23.04.2014Генерация электроэнергии как ее производство посредством преобразования из других видов энергии, с помощью специальных технических устройств. Отличительные признаки, приемы и эффективность промышленной и альтернативной энергетики. Типы электростанций.
презентация [2,0 M], добавлен 11.11.2013Применение энергии термоядерного синтеза. Радиоактивный распад. Получение ядерной энергии. Расщепление атома. Деление ядер тяжелых элементов, получение новых нейронов. Преобразование кинетической энергии в тепло. Открытие новых элементарных частиц.
презентация [877,4 K], добавлен 08.04.2015Промышленная и альтернативная энергетика. Преимущества и недостатки гидроэлектростанций, тепловых и атомных электростанций. Получение энергии без использования традиционного ископаемого топлива. Эффективное использование энергии, энергосбережение.
презентация [1,2 M], добавлен 15.05.2016Солнечная, ветряная, геотермальная энергия и энергия волн. Использование альтернативной энергии в России. Исследование параметров солнечной батареи и нестандартных источников энергии. Реальность использования альтернативной энергии на практике.
реферат [3,8 M], добавлен 01.01.2015Солнечная энергетика — использование солнечного излучения для получения энергии; общедоступность и неисчерпаемость источника, полная безопасность для окружающей среды. Применение нетрадиционной энергии: световые колодцы; кухня, транспорт, электростанции.
презентация [4,5 M], добавлен 05.12.2013Сущность и краткая характеристика видов энергии. Особенности использования солнечной и водородной энергии. Основные достоинства геотермальной энергии. История изобретения "ошейника" А. Стреляемым, принцип его работы и потребления энергии роста растений.
презентация [911,5 K], добавлен 20.12.2009Использование солнечного излучения для получения энергии. Преобразование ее в теплоту и холод, движущую силу и электричество. Применение технологий и материалов для обогрева, охлаждения, освещения здания и промышленных предприятий за счет энергии Солнца.
презентация [457,4 K], добавлен 25.02.2015Количество солнечной энергии, попадающей на Землю, ее использование человеком. Способы пассивного применения солнечной энергии. Солнечные коллекторы. Технологический цикл солнечных тепловых электростанций. Промышленные фотоэлектрические установки.
презентация [3,3 M], добавлен 06.12.2015Возрастание интереса к проблеме использования солнечной энергии. Разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Современная концепция использования солнечной энергии. Использование океанской энергии. Принцип действия всех ветродвигателей.
реферат [57,6 K], добавлен 20.08.2014Оценка состояния энергетической системы Казахстана, вырабатывающей электроэнергию с использованием угля, газа и энергии рек, и потенциала ветровой и солнечной энергии на территории республики. Изучение технологии комбинированной возобновляемой энергетики.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 24.06.2015Работа идеального газа. Определение внутренней энергии системы тел. Работа газа при изопроцессах. Первое начало термодинамики. Зависимость внутренней энергии газа от температуры и объема. Основные способы ее изменения. Сущность адиабатического процесса.
презентация [1,2 M], добавлен 23.10.2013Современные методы генерации и использование электричества из энергии ветра. Экономические и экологические аспекты ветроэнергетики, перспективы развития в РФ. Моделирование систем электроснабжения на базе дизель-генератора и ветроэлектрической установки.
дипломная работа [4,5 M], добавлен 29.07.2012
