Супермаховик – накопитель кинетической энергии.
Супермаховик – один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии. За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт•ч (1,8 МДж) на килограмм веса.
Описание
Преимущества
Сравнительные характеристики
Принцип работы
Перспективы использования
Описание:
Супермаховик — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии.
За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм веса.
Супермаховик впервые был изобретен в 1964 г. советским учёным Н. Гулиа.
Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна, углеродных композитов либо графеновой бумаги. 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. Максимальное КПД этого преобразования достигает 98 %.
Преимущества:
– долговечность. Имеет большой жизненный цикл по сравнению с другими устройствами,
– безопасен при разрушении,
– высокий КПД – до 98%,
– проще и дешевле в изготовлении, чем аккумуляторы,
– экологически чище, не наносят вред окружающей среде,
– запасает гораздо большую энергию за в разы меньшее время, чем аккумуляторы. Также и отдает,
– работают при любом температурном режиме,
– может быть использован в качестве буферного источника пиковой мощности в сочетании с другими устройствами запасания энергии, такими как аккумуляторы,
– максимальное время хранения энергии в отличии от других устройств.
Сравнительные характеристики:
| Характеристики: | Аккумулятор | Суперконденсатор | Супермаховик |
| КПД, % | 70 | 95 | 90-98 |
| Энергоемкость, Вт·ч/кг | 150 | 15 | 500 |
| Количество циклов | 103 | 106 | 105 |
| Жизненный цикл, лет | 3-5 | 10 | более 20 |
| Время заряда | часы | секунды | минуты |
| Выходная мощность | средняя | высокая | высокая |
Принцип работы:
Кинетическая механическая энергия передается на супермаховик и обратно от супермаховика при помощи ротора – мотор-генератора, который также способен преобразовывать кинетическую механическую энергию обратно в электрическую.
Супермаховик работает в двух режимах: в режиме запасания энергии и режиме отдачи. При работе в режиме запасания энергии подводимая энергия создает вращающий момент на валу и увеличивает скорость вращения маховика. При обратном процессе – запасенная кинетическая энергия превращается в генераторный момент на валу мотор-генератора и впоследствии в электрическую энергию.
Заряжается супермаховик от электродвигателей, от энергии рекуперации при торможении, от стационарных источников энергии, а также от подводимой электрической энергии. В последнем случае мотор-генератор работает как электродвигатель, создает вращающий момент на валу.
Количество запасаемой энергии пропорционально инерции вращающегося тела маховика J и квадрату угловой скорости вращения ω. Оно определяется согласно формуле: Ek=1/2*J*ω2.
Из формулы видно, что запасаемая в маховике кинетическая энергия имеет линейную зависимость от момента инерции вращающейся массы тела маховика и квадратичную зависимость от скорости вращения. Соответственно при росте скорости вращения количество запасаемой энергии будет расти в геометрической прогрессии.
Перспективы использования:
Распространение автономных источников генерации энергии требует ее запасания. Методы запасания энергии различаются по многим параметрам, таким как выходная мощность, количество запасаемой энергии, время хранения, количество циклов заряд/разряд, массогабаритные показатели, энергоемкость, эффективность, стоимость.
Супермаховик является современной энергоэффективной и высокотехнологичной альтернативой различным способам запасания и хранения энергии, таким как акумуляторы, суперконденсаторы, прочие накопители энергии, а также систем со сжатым воздухом, гидроаккумулирующих электростанций.
двигатель супермаховик нурбей гулиа своими руками форум теория купить аккумулятор на автомобиле
супермаховики новые аккумуляторы энергии
чертежи точка опоры оси в азоте для супермаховика 401
Коэффициент востребованности
7 165
Когда речь заходит о том, что надо как-то накопить энергию, многие сразу начинают думать об аккумуляторной батарее. Конечно, что же это может быть еще. Тем не менее, есть еще один способ, который используется не очень часто, но при этом имеет очень хорошие перспективы. Особенно, на фоне развития других технологий. Такие разработки даже применялись при производстве общественного и грузового транспорта. Их начало берет свои корни еще в Советском Союзе, но в последнее время технология начинает применяться все чаще. Несколько лет назад, когда позволял регламент, это использовалось даже в Формуле-1. Откроем завесу тайны и расскажем, как работает это достаточно простое, но гениальное изобретение, и о человеке, который посвятил этому жизнь.
Древний маховик тоже был своего рода аккумулятором.
Содержание
- 1 Что такое маховик?
- 2 Где применяются маховики?
- 3 Супермаховик Гулиа
- 4 Эффективность супермаховиков
- 5 Где применяются супермаховики?
Что такое маховик?
Говорить мы сегодня будем о супермаховиках и об их создателе Нурбее Гулиа. Хоть и кажется, что маховик это что-то устаревшее и чисто техническое, но и в новом электрическом мире ему есть место.
Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента, как это используется на космических аппаратах.
Сами маховики были изобретены очень давно и даже успешно применялись в промышленности тех лет. Есть даже находки в Междуречье и древнем Китае, которые подтверждают использование подобных устройств. Правда, тогда они делались из обожженной глины или из дерева и выполняли иные функции.
Где применяются маховики?
Благодаря своей массивности и законам физики, которые сопровождают движение маховика, он нашел применение во многих современных механизмах — от транспорта до промышленности.
Самое простое применение заключается в сохранении скорости вращения вала, на котором установлен маховик. Это может пригодиться во время работы какого-нибудь станка. Особенно, в те моменты, когда он испытывает резкие нагрузки и надо не допустить падения частоты вращения. Получается такой своего рода демпфер.
Наверное, самым частым местом, где встречаются маховики, является двигатель внутреннего сгорания автомобиля. Он позволяет сохранить скорость вращения двигателя при выключении сцепления. Тем самым снижается воздействие на трансмиссию, так как переключение передачи происходит в то время, когда двигатель работает на оборотах выше оборотов холостого хода. Кроме этого, так достигается больший комфорт и плавность движения. Правда, на гоночных машинах маховик очень сильно облегчается для снижения веса и увеличения скорости, с которой раскручивается двигатель.
Маховик легкового автомобиля.
Также маховики часто используются для стабилизации движения. Происходит это за счет того, что колесо, которым и является маховик, при вращении создает гироскопический эффект. Он создает сильное сопротивление при попытке наклонить его. Этот эффект легко ощутить, например, раскрутив колесо велосипеда и попытавшись его наклонить, или взяв в руки работающий жесткий диск.
Есть развитие и обычнх аккумуляторов: Новый тип аккумулятора позволит электромобилям проехать почти 2400 километров без подзарядки
Такая сила мешает при управлении мотоциклом, заставляя прибегать к контррулению, особенно на большой скорости, но очень помогает, например, для стабилизации корабля во время качки. Также подвесив такой маховик и учитывая, что он всегда находится в одном положении относительно горизонта, можно фиксировать его отклонения от корпуса объекта и понимать его положение в пространстве. Применение таких свойств маховика актуально в авиации. Именно вращающийся маховик позволит определить положение фюзеляжа самолета в пространстве.
Супермаховик Гулиа
Теперь, после достаточно долгого введения и предысторий, поговорим непосредственно о супермаховиках и о том, как они помогают сохранять энергию, не имея в составе каких-либо химических соединения для этого.
Нурбей Гулиа — создал и продвигает идею супермаховика, как накопителя энергии.
Супермаховик представляет собой один из типов маховиков, предназначенный для накопления энергии. Он специально сделан так, чтобы накапливать как можно больше энергии без необходимости применения по другому назначению.
Такие маховики тяжелые и очень быстро крутятся. Из-за того, что скорость вращения очень высокая, есть риск разрежения конструкции, но это тоже продумано. Сам маховик состоит из намотанных витков стальной пластичной ленты или из композитных материалов. Кроме того, что такая конструкция прочнее монолитной, она еще разрушается постепенно. То есть, при отслоениях маховик просто будет тормозиться и запутается в своих же частях. Думаю, не стоит объяснять, что разрыв маховика, который вращается со скоростью в десятки тысяч оборотов в минуту и весит минимум десятки килограмм, чреват очень серьезными последствиями.
Кроме этого, для обеспечения еще большей безопасности можно поместить систему с таким маховиком в бронекапсулу и закопать ее на несколько метров в землю. В этом случае движущиеся элементы точно никак не смогут навредить человеку.
Дополнительным плюсом использования бронекапсулы будет создание в ней вакуума, который позволит существенно снизить воздействие внешних сил на движение. Проще говоря, так можно свести к минимуму или вообще убрать сопротивление газовой среды (в обычном случае воздуха).
Так устроен супермаховик Гулиа.
В качестве дополнительных сил, мешающих вращению, еще выступает сопротивление подшипников, на которых установлен маховик. Но его можно установить на магнитный подвес. В этом случае силы воздействия сведены к такому минимуму, которым можно пренебречь. Именно по этой причине такие маховики способны крутиться месяцами. Кроме этого, магнитный подвес позволяет не задумываться об износе системы. Изнашивается только генератор.
Именно генератор и является тем элементом, который позволяет выработать электричество. Он просто подключается к маховику, и получая переданное им вращение вырабатывает электричество. Получается аналог обычного генератора, только для этого не надо сжигать топливо.
Чтобы получать еще больше интересной информации из мира высоких технологий, подписывайся на наш новостной канал в Telegram.
Для накопления энергии в то время, когда нет нагрузки, маховик раскручивается и тем самым “держит заряд”. Собственно, возможен и комбинированный вариант по аналогии с обычными аккумуляторами, которые могут одновременно отдавать энергию и заряжаться сами. Для раскрутки маховика используется мотор-генератор, который может как раскручивать маховик, так и забирать энергию его вращения.
Такие системы актуальны для накопления энергии в домохозяйствах и в системах зарядки. Например, подобная система по задумке инженеров Skoda должна использоваться для зарядки автомобилей. Днем маховик раскручивается, а вечером отдает заряд в электромобили, не нагружая городскую сеть в вечернее и ночное время. При этом можно заряжаться медленно от одного маховика или быстро от нескольких, с которых будет “сниматься” больше электричества.
Эффективность супермаховиков
Эффективность супермаховиков при всей их кажущейся архаичности достигает очень высоких значений. Их КПД доходит до 98 процентов, что даже не снилось обычным аккумуляторным батареям. Кстати, саморазряд таких батарей тоже происходит быстрее, чем потеря скорости хорошо сделанного маховика в вакууме и на магнитном подвесе.
Можно вспомнить старые времена, когда люди начали запасать энергию посредством маховиков. Самым простым примером являются гончарные круги, которые раскручивались и крутили, пока ремесленник работал над очередным сосудом.
Мы уже определись, что конструкция супермаховика достаточно проста, он имеет высокий КПД и при этом стоит относительно недорого, но есть у него один минус, который сказывается на эффективности его использования и стоит на пути массового внедрения. Точнее, таких минусов два.
Ленточный маховик.
Главным из них будет тот самый гироскопический эффект. Если на кораблях это полезное побочное свойство, то на автомобильном транспорте это будет очень сильно мешать и надо будет использовать сложные системы подвеса. Вторым минусом будет пожароопасность в случае разрушения. Из-за большой скорости разрушения даже композитные маховики будут выделять большое количество тепла за счет трения о внутреннюю часть бронекапсулы. На стационарном объекте это не будет большой проблемой, так как можно сделать систему пожаротушения, но на транспорте может создать очень много трудностей. Тем более, на транспорте риск разрушения выше за счет вибраций во время движения.
Где применяются супермаховики?
В первую очередь, Н.В. Гулия хотел использовать свое изобретение именно на транспорте. Даже было построено несколько образцов, которые проходили испытания. Несмотря на это, системы дальше испытаний не пошли. Зато применение такому способу накопления энергии нашлось в другой сфере.
Так в США в 1997 году компания Beacon Power сделала большой шаг в разработке супермаховиков для применения их в электростанциях на промышленном уровне. Эти супермаховики могли запасать энергию до 25 кВт⋅ч и имели мощность до 200 кВт. Строительство станции мощностью 20 МВт началось в 2009 году. Она должна была нивелировать пики нагрузки на электрическую сеть.
В России тоже есть подобные проекты. Например, под научным руководством самого Н. В. Гулиа компания Kinetic Power создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один накопитель может запасать до 100 кВт⋅ч энергии и обеспечивать мощность до 300 кВт. Система таких маховиков может обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона. Так можно полностью отказаться от очень дорогих гидроаккумулирующих электростанций.
Возможно использование супермаховиков и на объектах, где нужна независимость от электрических сетей и резервное питание. Эти системы имеют очень высокую скорость отклика. Она составляет буквально доли секунд и позволяет обеспечить действительно бесперебойное питание.
Такая идея «не зашла». Может получится с поездами?
Еще одним местом, где возможно применение Супермаховик, является железнодорожный транспорт. На торможение составов тратится очень много энергии и, если не тратить ее впустую, нагревая тормозные механизмы, а раскрутить маховик, накопленную энергию потом можно потратить на набор скорости. Вы скажете, что система на подвесе будет очень хрупкой для транспорта и будете правы, но в таком случае можно говорить и о подшипниках, так как запасать энергию надолго просто нет необходимости и потери от подшипников будут не такими большими на таком промежутке времени. Зато такой способ позволяет экономить 30 процентов энергии потребляемой поездом для движения.
Как видим, системы на супермаховиках имеют очень много плюсов и совсем немного минусов. Из этого можно сделать вывод, что они будут набирать популярность, становиться более дешевыми и массовыми. Это тот самый случай, когда свойства вещества и законы физики, знакомые людям с древних времен, позволяют придумать что-то новое. В итоге вы получили удивительным симбиозом механики и электрики, потенциал которого до конца еще не раскрыт.
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
Содержание
- Супермаховики — новые аккумуляторы энергии
- Супермаховик- альтернативный накопитель энергии
- Альтернативный накопитель энергии с уникальными характеристиками
- Принципиальная схема аккумулятора энергии
- Супермаховик как аккумулятор электроэнергии
- Сравнение химических аккумуляторов и супермаховика
- Современное состояние
- Использование супермаховика в частном домовладении
- Самый эффективный способ накопления энергии стар как мир
- Что такое маховик?
- Где применяются маховики?
- Супермаховик Гулиа
- Эффективность супермаховиков
- Где применяются супермаховики?
Супермаховики — новые аккумуляторы энергии
Их не нужно будет в морозы заносить на ночь в тепло. Они будут гораздо дешевле обычных, ведь пластик дешевле цветных металлов. Срок их службы будет превышать срок службы самой машины. Заряжаться они будут от электродвигателей, от энергии рекуперации при торможении, от стационарных источников энергии.
Это инерциоиды, или маховики. Они накапливают энергию и потом по мере надобности отдают их потребителям. С большим маховиком и двигатель внутреннего сгорания не нужен. Энергию можно запасать и на энергозаправках, мощными электродвигателями разгоняя один или несколько маховиков. Они находятся в герметичном безвоздушном пространстве, и подвешены на мощных магнитах.
Их называют супермаховиками, так как они запасают энергии в тысячи раз больше обычных маховиков. Изобрёл их 50 лет назад русский учёный Н. Гулиа, но массово они не применялись. Только единичные кустарные разработки – тележки, заменявшие электрокары.
И вот теперь в промышленном масштабе это изобретение воспроизвели в Америке. Там супермаховики устанавливают в контейнеры по 17 тонн. И они могут запасать и отдавать энергию в 1,7 мегаватта! Они используются для стабилизации скачков напряжения энергосети. В России единая энергосистема не нуждается в таких стабилизаторах, так как работает по более надёжной схеме.
Однако если использовать супермаховики в транспорте, строительстве, и везде, где необходимо, можно сэкономить почти половину используемой нефти и газа! Не будет необходимости прогревать холодные двигатели в зимнее время, просто сел и поехал.
Ветряки даже небольшой мощности могут давать большую мощность, запасая её в таких аккумуляторах энергии. Просто поменял маховик на автомобиле, или перезарядил – раскрутил остановившиеся маховики и опять можно ехать. Далеко и долго.
В сравнении с электроаккумуляторами супермаховики выигрывают по всем показателям. Они долговечнее, проще и дешевле в изготовлении, и, что самое главное – экологически чище. И запасают гораздо большую энергию за в разы меньшее время. Также и отдают.
Ещё маховики могут отдавать мощность, не перенося инерцию на корпус. Например, электродрель большой мощности старается вырваться из рук за счёт инерции от сверла. Если вместо электромотора установить маховик – он будет сверлить с любой силой и чуть ли не сам держаться на заданном месте. Причём гироскопический эффект будет способствовать сверлению идеально ровного отверстия, как на станке. Раскрученный маховик дрели не даст её вибрировать в Ваших руках.
В-общем, ждут Вас невиданное энергетическое удобство и прочие блага цивилизации. Только вот кому – то сделать надо, ну или как всегда «оттуда» закупать придётся.
Источник
Супермаховик- альтернативный накопитель энергии
Пост опубликован: 20 марта, 2020
Альтернативный накопитель энергии с уникальными характеристиками
Не только источники энергии могут быть альтернативными, но способы накопления/хранения энергии. Более полувека назад, в СССР разработали концепцию супермаховика для аккумулирования энергии, который в стационарном исполнении практически не имеет недостатков. По эксплуатационным характеристикам они превосходят самые лучшие современные АКБ в несколько раз.
Принципиальная схема аккумулятора энергии
Заскорузлые представления о сохранении энергии, вызывают из памяти автомобильный аккумулятор. Однако энергия может быть электрической, тепловой, механической, кинетической и т.д. Для хранения, энергию одного вида, переводят в другой. Например, фотоэлементы вырабатывают электрическую энергию, но для хранения в АКБ, её преобразовывают в химическую.
Перевод энергии одного типа в другой, всегда сопровождается частичной потерей. КПД свинцово-кислотного аккумулятора в лучшем случае достигает 70%.
Супермаховик как аккумулятор электроэнергии
В 1964 году, советский учёный Н.В. Гулиа обратил внимание на обычный маховик.
Его используют уже тысячи лет. Самый древний маховик, гончарный круг. Он продолжает вращаться после разгона некоторое время, значит, в нём запасена кинетическая энергия.
После ряда опытов и расчётов, изобретатель пришёл к выводу, что:
- Скорость вращения маховика имеет большее значение для энергоёмкости накопителя, нежели масса. Доказательство E=mc 2 , т.е. энергия пропорциональная квадрату скорости, а масса учитывается только в первой степени.
- Отказ от цельных (литых, кованых) конструкций. Они обязательно должны быть составными. Дело в том, что запас кинетической энергии был настолько велик, что в случае разрушения монолитного супермаховика, килограммовые осколки разлетались со скоростью пули!
- Если маховик подвесить на магнитные подшипники и поместить в прочный стальной корпус с разреженной атмосферой, то продолжительность вращения можно сравнивать с периодом саморазряда автомобильного аккумулятора.
В 70-х годах Гулиа изготовил несколько работающих образцов супермаховика, и некоторые из них даже устанавливал на автобусы для рекуперации энергии. Но сам маховик, учёный как-бы «наматывал», а не собирал.
Причина в том, что параметр удельной прочности материала, мешает увеличить скорость вращения для увеличения энергоёмкости. Проблема решалась только использованием материалов с одноосной прочностью, как-то: ленты, металлические нити и волокна, проволока. Дополнительно это делало устройство безопасным. Ведь при аварийном разрушении, маховик запутывался в этих обрывках и легко восстанавливался.
Сравнение химических аккумуляторов и супермаховика
| Супермаховик | Химический аккумулятор | |
| Энергетическая ёмкость | Теоретически 500 Вт*ч/кг, реально выпускаемые образцы 450 Вт*ч/кг | Свинцово-кислотный АКБ ≈ 42 Вт*ч/кг,Литий-ионный аккумулятор ≈ 160 Вт*ч/кг |
| Количество циклов/ срок службы | Срок службы не менее 25 лет, количество циклов не имеет значения | Не более 1000 циклов для лучших образцов при жёстком соблюдении условий эксплуатации. Разряжать ниже 70% не рекомендуется |
| КПД | 98% | 70-78% |
При интеграции в энергосистему, супермаховик гораздо проще и неприхотливее любых аккумуляторов. Бронекапсулу можно закопать в грунт на глубину нескольких метров, и наверху останутся только несколько проводов для управления и использования.
Современное состояние
Удивительно, но этот вариант сохранения электроэнергии вообще не освещается в прессе. Тем временем в Канаде уже 5 лет функционируют 2 аккумулирующие станции, хранящих по 5 мВт/ч электроэнергии.
На каждой из них установлено по 5 супермаховиков, массой 3 тонны, вращающихся со скоростью около 18000 оборотов в минуту.
В США построили более серьёзные накопители. В Пенсильвании, недалеко от солнечных электростанций и полей с ветрогенераторами, фирма Beacon Power собрала аккумуляторную подстанцию, работающую на супермаховиках.
Суммарная мощность запасаемой энергии 40 мВт. На объекте установлены «небольшие» супермаховики весом около 2 тонн, в количестве 200 шт. Каждый из них может запасать до 0,2 мВт/ч электроэнергии.
Аналогичная подстанция стоит около Нью-Йорка уже 9 лет и до сих пор работает без поломок.
Изобретатель кинетического аккумулятора Н. В. Гулиа, нашёл инвесторов и открыл в России фирму, которая выпускает супермаховики нескольких типоразмеров. Почти все покупатели из Европы.
Использование супермаховика в частном домовладении
В России несколько фирм выпускают супермаховики небольших типоразмеров. Например, этот накопитель может хранить около 20 кВт электроэнергии.
Но в конструкции супермаховика есть и опасность. Ротор вращается со скоростью 1500-1700 об/сек! Это позволяет сохранить колоссальный запас электроэнергии, но собирать его в домашней мастерской затруднительно.
Но нет ничего невозможного! Патенты на изобретение находятся в открытом доступе. Есть умельцы, которые уже сделали супермаховик для своей системы автономного энергообеспечения. Пусть не с такими фантастическими характеристиками, но всё равно они в 4-6 раз более энергоёмкие, нежели стандартные АКБ.
А можно и купить такой супермаховик у самого изобретателя. Кинетический накопитель энергии собранный в промышленных условиях будет стоить не дороже, чем система свинцово-кислотных аккумуляторов, но в эксплуатации она гораздо надёжнее и долговечнее.
Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!
Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.
Источник
Самый эффективный способ накопления энергии стар как мир
Когда речь заходит о том, что надо как-то накопить энергию, многие сразу начинают думать об аккумуляторной батарее. Конечно, что же это может быть еще. Тем не менее, есть еще один способ, который используется не очень часто, но при этом имеет очень хорошие перспективы. Особенно, на фоне развития других технологий. Такие разработки даже применялись при производстве общественного и грузового транспорта. Их начало берет свои корни еще в Советском Союзе, но в последнее время технология начинает применяться все чаще. Несколько лет назад, когда позволял регламент, это использовалось даже в Формуле-1. Откроем завесу тайны и расскажем, как работает это достаточно простое, но гениальное изобретение, и о человеке, который посвятил этому жизнь.
Древний маховик тоже был своего рода аккумулятором.
Что такое маховик?
Говорить мы сегодня будем о супермаховиках и об их создателе Нурбее Гулиа. Хоть и кажется, что маховик это что-то устаревшее и чисто техническое, но и в новом электрическом мире ему есть место.
Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента, как это используется на космических аппаратах.
Сами маховики были изобретены очень давно и даже успешно применялись в промышленности тех лет. Есть даже находки в Междуречье и древнем Китае, которые подтверждают использование подобных устройств. Правда, тогда они делались из обожженной глины или из дерева и выполняли иные функции.
Где применяются маховики?
Благодаря своей массивности и законам физики, которые сопровождают движение маховика, он нашел применение во многих современных механизмах — от транспорта до промышленности.
Самое простое применение заключается в сохранении скорости вращения вала, на котором установлен маховик. Это может пригодиться во время работы какого-нибудь станка. Особенно, в те моменты, когда он испытывает резкие нагрузки и надо не допустить падения частоты вращения. Получается такой своего рода демпфер.
Наверное, самым частым местом, где встречаются маховики, является двигатель внутреннего сгорания автомобиля. Он позволяет сохранить скорость вращения двигателя при выключении сцепления. Тем самым снижается воздействие на трансмиссию, так как переключение передачи происходит в то время, когда двигатель работает на оборотах выше оборотов холостого хода. Кроме этого, так достигается больший комфорт и плавность движения. Правда, на гоночных машинах маховик очень сильно облегчается для снижения веса и увеличения скорости, с которой раскручивается двигатель.
Маховик легкового автомобиля.
Также маховики часто используются для стабилизации движения. Происходит это за счет того, что колесо, которым и является маховик, при вращении создает гироскопический эффект. Он создает сильное сопротивление при попытке наклонить его. Этот эффект легко ощутить, например, раскрутив колесо велосипеда и попытавшись его наклонить, или взяв в руки работающий жесткий диск.
Такая сила мешает при управлении мотоциклом, заставляя прибегать к контррулению, особенно на большой скорости, но очень помогает, например, для стабилизации корабля во время качки. Также подвесив такой маховик и учитывая, что он всегда находится в одном положении относительно горизонта, можно фиксировать его отклонения от корпуса объекта и понимать его положение в пространстве. Применение таких свойств маховика актуально в авиации. Именно вращающийся маховик позволит определить положение фюзеляжа самолета в пространстве.
Супермаховик Гулиа
Теперь, после достаточно долгого введения и предысторий, поговорим непосредственно о супермаховиках и о том, как они помогают сохранять энергию, не имея в составе каких-либо химических соединения для этого.
Нурбей Гулиа — создал и продвигает идею супермаховика, как накопителя энергии.
Супермаховик представляет собой один из типов маховиков, предназначенный для накопления энергии. Он специально сделан так, чтобы накапливать как можно больше энергии без необходимости применения по другому назначению.
Такие маховики тяжелые и очень быстро крутятся. Из-за того, что скорость вращения очень высокая, есть риск разрежения конструкции, но это тоже продумано. Сам маховик состоит из намотанных витков стальной пластичной ленты или из композитных материалов. Кроме того, что такая конструкция прочнее монолитной, она еще разрушается постепенно. То есть, при отслоениях маховик просто будет тормозиться и запутается в своих же частях. Думаю, не стоит объяснять, что разрыв маховика, который вращается со скоростью в десятки тысяч оборотов в минуту и весит минимум десятки килограмм, чреват очень серьезными последствиями.
Кроме этого, для обеспечения еще большей безопасности можно поместить систему с таким маховиком в бронекапсулу и закопать ее на несколько метров в землю. В этом случае движущиеся элементы точно никак не смогут навредить человеку.
Дополнительным плюсом использования бронекапсулы будет создание в ней вакуума, который позволит существенно снизить воздействие внешних сил на движение. Проще говоря, так можно свести к минимуму или вообще убрать сопротивление газовой среды (в обычном случае воздуха).
Так устроен супермаховик Гулиа.
В качестве дополнительных сил, мешающих вращению, еще выступает сопротивление подшипников, на которых установлен маховик. Но его можно установить на магнитный подвес. В этом случае силы воздействия сведены к такому минимуму, которым можно пренебречь. Именно по этой причине такие маховики способны крутиться месяцами. Кроме этого, магнитный подвес позволяет не задумываться об износе системы. Изнашивается только генератор.
Именно генератор и является тем элементом, который позволяет выработать электричество. Он просто подключается к маховику, и получая переданное им вращение вырабатывает электричество. Получается аналог обычного генератора, только для этого не надо сжигать топливо.
Чтобы получать еще больше интересной информации из мира высоких технологий, подписывайся на наш новостной канал в Telegram.
Для накопления энергии в то время, когда нет нагрузки, маховик раскручивается и тем самым “держит заряд”. Собственно, возможен и комбинированный вариант по аналогии с обычными аккумуляторами, которые могут одновременно отдавать энергию и заряжаться сами. Для раскрутки маховика используется мотор-генератор, который может как раскручивать маховик, так и забирать энергию его вращения.
Такие системы актуальны для накопления энергии в домохозяйствах и в системах зарядки. Например, подобная система по задумке инженеров Skoda должна использоваться для зарядки автомобилей. Днем маховик раскручивается, а вечером отдает заряд в электромобили, не нагружая городскую сеть в вечернее и ночное время. При этом можно заряжаться медленно от одного маховика или быстро от нескольких, с которых будет “сниматься” больше электричества.
Эффективность супермаховиков
Эффективность супермаховиков при всей их кажущейся архаичности достигает очень высоких значений. Их КПД доходит до 98 процентов, что даже не снилось обычным аккумуляторным батареям. Кстати, саморазряд таких батарей тоже происходит быстрее, чем потеря скорости хорошо сделанного маховика в вакууме и на магнитном подвесе.
Можно вспомнить старые времена, когда люди начали запасать энергию посредством маховиков. Самым простым примером являются гончарные круги, которые раскручивались и крутили, пока ремесленник работал над очередным сосудом.
Мы уже определись, что конструкция супермаховика достаточно проста, он имеет высокий КПД и при этом стоит относительно недорого, но есть у него один минус, который сказывается на эффективности его использования и стоит на пути массового внедрения. Точнее, таких минусов два.
Главным из них будет тот самый гироскопический эффект. Если на кораблях это полезное побочное свойство, то на автомобильном транспорте это будет очень сильно мешать и надо будет использовать сложные системы подвеса. Вторым минусом будет пожароопасность в случае разрушения. Из-за большой скорости разрушения даже композитные маховики будут выделять большое количество тепла за счет трения о внутреннюю часть бронекапсулы. На стационарном объекте это не будет большой проблемой, так как можно сделать систему пожаротушения, но на транспорте может создать очень много трудностей. Тем более, на транспорте риск разрушения выше за счет вибраций во время движения.
Где применяются супермаховики?
В первую очередь, Н.В. Гулия хотел использовать свое изобретение именно на транспорте. Даже было построено несколько образцов, которые проходили испытания. Несмотря на это, системы дальше испытаний не пошли. Зато применение такому способу накопления энергии нашлось в другой сфере.
Так в США в 1997 году компания Beacon Power сделала большой шаг в разработке супермаховиков для применения их в электростанциях на промышленном уровне. Эти супермаховики могли запасать энергию до 25 кВт⋅ч и имели мощность до 200 кВт. Строительство станции мощностью 20 МВт началось в 2009 году. Она должна была нивелировать пики нагрузки на электрическую сеть.
В России тоже есть подобные проекты. Например, под научным руководством самого Н. В. Гулиа компания Kinetic Power создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один накопитель может запасать до 100 кВт⋅ч энергии и обеспечивать мощность до 300 кВт. Система таких маховиков может обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона. Так можно полностью отказаться от очень дорогих гидроаккумулирующих электростанций.
Возможно использование супермаховиков и на объектах, где нужна независимость от электрических сетей и резервное питание. Эти системы имеют очень высокую скорость отклика. Она составляет буквально доли секунд и позволяет обеспечить действительно бесперебойное питание.
Такая идея «не зашла». Может получится с поездами?
Еще одним местом, где возможно применение Супермаховик, является железнодорожный транспорт. На торможение составов тратится очень много энергии и, если не тратить ее впустую, нагревая тормозные механизмы, а раскрутить маховик, накопленную энергию потом можно потратить на набор скорости. Вы скажете, что система на подвесе будет очень хрупкой для транспорта и будете правы, но в таком случае можно говорить и о подшипниках, так как запасать энергию надолго просто нет необходимости и потери от подшипников будут не такими большими на таком промежутке времени. Зато такой способ позволяет экономить 30 процентов энергии потребляемой поездом для движения.
Как видим, системы на супермаховиках имеют очень много плюсов и совсем немного минусов. Из этого можно сделать вывод, что они будут набирать популярность, становиться более дешевыми и массовыми. Это тот самый случай, когда свойства вещества и законы физики, знакомые людям с древних времен, позволяют придумать что-то новое. В итоге вы получили удивительным симбиозом механики и электрики, потенциал которого до конца еще не раскрыт.
Источник
Из всех зол самое большее для чипмейкера отсутствие электричества требуемого качества и достаточного количества. В среднем потребление 10 квт/часов в день состоит из пиков когда запускаются электродвигатели, работает сварка и другие потребители и пауз, когда мгновенное потребление только на освещение, вентиляцию ну и ещё на кой-какие мелкие потребы чипмейкера. Если сеть хорошая, 3 фазы в наличии и лампочки у соседей не мигают тогда беспокоиться не о чем. А если нет…вот если нет тогда есть такое решение- накапливать энергию 16 часов понемногу, допустим по 3 квт/час и расходовать за 2-3 часа когда потребление мгновенное достигает 20-30 кВт. Какие схемы могут обеспечить такую мощность…:
1. Аккумуляторы+инвертор…дорого, ресур акумов небольшой (хотя в стационарном режиме гораздо больше). КПД преобразования точно не скажу, зависит от комплектующих, но около 60%. Хотя выделяемая мощность мгновенная довольно большая может быть.
2. Гидроаккумулятор типа водонапорной башни или пруда, закачка воды в нерабочее время и расходование в рабочее…башня надо ого-го и пруд тоже, КПД к 90% но ещё дороже чем п.1 и МЧС настучит по ж_опе. Мгновенная мощность огромна в сравнении с п.1, но тут у нас не экватор, и морозы бывают.
3. Пневмоаккумулятор высокого давления…тема тут рассматривалась, КПД никакой, оборудование не дешевле чем в пп.1 и 2. Мгновенная мощность так себе, а опасность бабаха мастерской с содержащимся в ней чипмейкером высокая.
4. Нагрев солей до плавления+паровой двигатель…тут можно подумать, соли имеют довольно высокую теплоёмкость, а паровой двигатель высокую удельную мощность, но габариты и стоимость комплекта пугают. К тому-же иметь около себя агрессивный расплав с температурой 600 гр как-то не в кайф, но попутно решается проблема с отоплением и КПД около дела с такой мини-ТЭЦ, где то 90% надеюсь.
5. Дизель/бензин/газ-генератор…к аккумуляторам не отнести, но доступно, удобно, относительно дёшево плюс КПД в режиме мини-ТЭЦ тоже стремится к 80% если не ошибаюсь.
6. Аккумулятор на основе супермаховика-этот рассмотрим подробнее.
Идея такая-в течении 16 часов небольшой мотор-генератор раскручивает супермаховик и к моменту прихода чипмейкера в мастерню он накапливает существенную энергию, а как известно маховик может отдать мгновенную мощность сравнимую со взрывом…но взрыв нам не нужен, люди мы мирные и когда нас не трогают мы тоже никого не трогаем :rolleyes:.
Итак- чипмейкер включает свой любимый 16К20, реле щёлкнули и мотор-генератор отбирает энергию от маховика и, если принять в расчёт мощь супермаховика, мотор кашки запускается в обычном порядке, да что там…цех кашек запустит лишь бы геныч не задымил. Пик пройден и теперь наш маховичный аккумулятор работает в режиме заряда, потребляя небольшую мощность, но, весело пощёлкивая релюшками, всегда готов выложится в случае просадки сети. Случай со сваркой полностью индентичен.
Супермаховик не так сложен как кажется, если не гонятся за высочайшей удельной мощностью на грани прочности материала это будет диск из дураля и предварительно напряжённый обод из проволоки, намотаной в нагретом состоянии. Проволока остынет и это буде преднапряжение обода, в случае разрыва обода проволока распуститься на витки, станет тормозить маховик о кожух и проволочинки не смогут его пробить в сравнении с осколками маховика обычного…ну да это всё в литературе о супермаховиках есть. Аккумулятор установлен стационарно, так что гироскопический эффект чипмейкера нисколько не колышет, не будет же он его ворочать в работающем состоянии.
Мне кажется что это самый эффективный способ накопления энергии чипмейкером, и в качестве бонуса ещё преобразование 1Ф в 3Ф.
Супервариатор гулиа: гибрид своими руками
Гибрид с супермаховиком и супервариатором
Во всем мире все больше становятся популярны автомобили с гибридным приводом. Это вызвано не только их топливной экономичностью, но и экологическими требованиями, которые постоянно ужесточаются, а гибридные автомобили на 85% снижают выбросы в атмосферу несгоревших углеводородов и окислов азота.
В настоящий момент большинство гибридов имеют два двигателя. Это двигатель внутреннего сгорания (далее ДВС) и электродвигатель. Электродвигатель, как правило, имеет меньшую мощность чем ДВС, но все равно, для его работы нужны тяжелые аккумуляторы или топливные элементы. Они занимают много места в автомобиле и увеличивают его вес.
Например, Toyota Prius II, которая считается одним из лучших гибридов, имеет ДВС 75 л/с, электродвигатель 67 л/с, расход топлива в городе 4,3 л/100км, общий кпд 37%. Пробег только на аккумуляторах – 10 км. Вес аккумуляторов 50 кг.
Однако есть возможность делать гибриды с расходом топлива 1л/100км, кпд 97% и десятикратным снижением токсичности выхлопа!
Эта возможность состоит в применении вместо аккумуляторов и электромотора супермаховика и супервариатора. Супермаховик отличается от обычного маховика тем, что является не монолитным, а витым из ленты или нити. Таким способом повышается его энергоемкость и практически исключается опасность при разрыве.
Супермаховики являются накопителями кинетической энергии. Создателем супермаховика является преподаватель Московского государственного индустриального университета, доктор технических наук, профессор Нурбей Владимирович Гулиа.
Супервариатор, это устройство с непрерывным потоком мощности, позволяющее плавно изменять передаточное отношение трансмиссии автомобиля в диапазоне 25-30 с кпд 97% как при ускорении, так и при торможении (рекуперации). Автомобиль с таким устройством может иметь скорость от 5 до 150 км/ч ( 5х30=150).
Энергоемкость супермаховика может в тысячи раз превосходить энергоемкость лучших химических аккумуляторов. Например, супермаховик из углеволокна на основе нанотрубок весом 20 кг может обеспечить непрерывный пробег легкового автомобиля в 200 тысяч км.
Раскрутить его можно было бы при выпуске автомобиля и ездить, вообще не используя бензин. Если брать обычные материалы, то маховик из стекловолокна в 20 кг, запасает при раскрутке энергии, достаточной для 500 км пробега легковушки. Количество циклов накопления-отдачи энергии практически не ограничено.
Технологии поддержания долговременного вращения супермаховика и передачи энергии разработаны. Россия в этом направлении имеет приоритет благодаря профессору Н.В. Гулиа. Есть патенты и примеры практического применения. Первый в мире патент на супермаховик Н. В. Гулия получил еще в 1983 году.
Гибрид такой конструкции предполагает иметь ДВС около 10 л/с, супермаховик в несколько кг и супервариатор. Двигатель работает только при раскрутке маховика и при снижении его оборотов в 2 раза. Он запускается на короткое время на оборотах соответствующих максимальному кпд, поэтому расход топлива очень мал. Кпд привода 97%. Разгон и торможение может быть очень интенсивным, т.к. энергоемкость супермаховика огромна.
Запустив такой гибрид в серийное производство, Россия могла бы занять подобающее ей место в списке индустриальных стран. Деньги, наработки, патенты – все это имеется. Нужна только политическая воля.
Супервариатор гулиа
Перспективы супермаховика
По словам самого профессора Гулиа, сегодня супермаховики являются как нельзя более перспективным видом двигателя. Изготавливать подобные устройства можно, к примеру, из графена. Этот материал был недавно открыт английскими учеными русского происхождения и представляет собой один слой атомов углерода. То есть разрушить в земных условиях графен практически невозможно.
В конструкцию супердвигателя Гулиа можно включать также, к примеру, не один маховик, а сразу несколько. Это позволит накапливать еще больше энергии. В результате будет получен экономичный, недорогой, экологически чистый, безопасный и при этом простой в эксплуатации мотор, перспективы использования которого безграничны.
Мир электроники и электричества наступает! Милые поклонникам механики устройства все чаще уступают место машинам с электромоторами и электронными схемами. Однако мир будущего станет более механическим! Так считает профессор Нурбей Гулиа. За последние десятилетия механические накопители энергии заметно прибавили в энергоемкости, и именно их, по мнению ученого, будут использовать во многих устройствах вместо привычных электрохимических аккумуляторов.
Пружина, резина, конденсатор…
Во всем мире вряд ли найдется человек, который посвятил себя разработке маховичных накопителей энергии в большей мере, чем Нурбей Гулиа. Ведь делом своей жизни изобретатель начал заниматься в 15 лет. Тогда советский школьник Нурбей решил изобрести «энергетическую капсулу» — так он назвал накопитель энергии, который должен был стать столь же энергоемким, как бак с бензином, но при этом копить в себе абсолютно безвредную для человека энергию. Первым делом любознательный школьник опробовал аккумуляторы различных типов. Одним из самых безнадежных вариантов оказался пружинный накопитель. Чтобы обычный легковой автомобиль проехал с таким аккумулятором 100 км пути, последний должен был весить 50 т.
От маховиков к супермаховикам В качестве накопителей энергии маховики применяют уже несколько столетий, однако качественный скачок в области их энергоемкости произошел только в 1960-е году, когда были созданы первые супермаховики. 1. Супермаховик в работе Супермаховик выглядит, как обычный, но внешняя его часть свита из прочной стальной ленты. Витки ленты обычно склеены между собой. 2. Супермаховик после разрыва Если разрыв обычного маховика разрушителен, то в случае супермаховика лента прижимается к корпусу и автоматически затормаживает накопитель — все совершенно безопасно.
Резиновый аккумулятор показался куда перспективней: накопитель с зарядом на 100 км мог весить «всего» 900 кг. Заинтересовавшись, Нурбей даже разработал резиноаккумулятор инновационной конструкции для привода детской коляски. Один из прохожих, очарованный самоходной коляской, посоветовал разработчику подать заявку в Комитет по изобретениям и даже помог ее составить. Так Гулиа получил первое авторское свидетельство на изобретение.
Вскоре резину сменил сжатый воздух. И опять Нурбей разработал инновационное устройство — относительно компактный гидрогазовый аккумулятор. Однако, как выяснилось в ходе работы над ним, при использовании сжатого газа энергетический «потолок» был невысок. Но изобретатель не сдался: вскоре им был построен пневмокар с подогревом воздуха горелками. Эта машина получила высокую оценку у его друзей, но по своим возможностям была еще далека от того, чтобы конкурировать с автомобилем.
Технологии
Маховики на транспорте можно использовать как в качестве аккумуляторов энергии, так и в виде гироскопов. На фотографии изображен маховичный концепт-кар Ford Gyron (1961), а впервые гиро-кар был построен в 1914 году русским инженером Петром Шиловским.
Особенно тщательно будущий профессор отнесся к проработке варианта «электрической капсулы». Нурбей оценил возможности конденсаторов, электромагнитов и, разумеется, собрал всю возможную информацию об электрохимических аккумуляторах. Был даже построен электромобиль. В качестве аккумулятора для него конструктор использовал батарею МАЗа. Однако возможности тогдашних электрохимических аккумуляторов Гулиа не впечатлили, не было и оснований ожидать, что в области энергоемкости произойдет прорыв. Поэтому из всех накопителей энергии наиболее перспективными Нурбею Владимировичу показались механические аккумуляторы в виде маховиков, несмотря на то что в то время они ощутимо проигрывали электрохимическим накопителям. Тогдашние маховики, даже сделанные из самой лучшей стали, в пределе могли накопить только 30−50 кДж на 1 кг массы. Если раскручивать их быстрее, они разрывались, приводя в негодность все вокруг. Даже свинцово-кислотные аккумуляторы с энергоемкостью 64 кДж/кг смотрелись на их фоне крайне выигрышно, а щелочные аккумуляторы с плотностью энергии 110 кДж/кг были вне конкуренции. Кроме того, уже тогда существовали страшно дорогие серебряно-цинковые аккумуляторы: по удельной емкости (540 кДж/кг) они примерно соответствовали самым емким на сегодня литий-ионным аккумуляторам. Но Гулиа сделал ставку на столь далекий от совершенства маховик…
Маховик на миллион
Чем выше частота вращения маховика, тем сильнее его частицы «растягивают» диск, пытаясь его разорвать. Поскольку разрыв маховика дело страшное, конструкторам приходится закладывать высокий запас прочности. В результате на практике энергоемкость маховика раза в три ниже возможной, и в начале 1960-х годов самые совершенные маховики могли запасать всего 10−15 кДж энергии на 1 кг. Если же применить более устойчивые к разрыву материалы, прочность маховика станет выше, но такой скоростной маховик становится опасным. Получается порочный круг: прочность материала возрастает, а предельная энергоемкость увеличивается незначительно. Нурбей Гулиа поставил своей задачей вырваться из этого замкнутого круга, и в один памятный день он испытал момент внезапного прояснения. На глаза изобретателю попался тросик, свитый из проволок, — такие обычно применяют в тренажерах для подъема тяжестей. Тросик был примечателен тем, что обладал высокой прочностью и никогда не рвался сразу. Именно этих качеств и не хватало тогдашним маховикам.
Накопитель Сегодня благодаря высокой энергоемкости супермаховики применяют во многих областях — от применения в спутниках связи в качестве аккумулятора энергии до использования в электростанциях для повышения их КПД. На схеме изображен маховичный накопитель, который применяют на американских электростанциях для повышения их КПД. Потери энергии в супермаховиках составляют всего 2% — это достигается, в том числе, за счет того, что он вращается в вакуумном кожухе на магнитных подшипниках.
Ученый принялся за работу: сначала поэкспериментировал с тросом, скатав из него маховик, а потом заменил проволочки тонкой стальной лентой такой же прочности — ее намотка была плотнее, а для надежности можно было склеить витки ленты между собой. Разрыв такого маховика уже не представлял опасности: при превышении предельной скорости первой должна была оторваться наиболее нагруженная внешняя лента. Она прижимается к корпусу и автоматически затормаживает маховик — никаких несчастных случаев, а оторванную ленту можно приклеить снова.
Первое испытание, когда ленточный маховик Гулиа раскручивался от скоростного электромотора пылесоса, прошло успешно. Маховик вышел на максимальную частоту вращения без разрыва. А затем, когда ученому удалось испытать этот маховик на специальном разгонном стенде, выяснилось, что разрыв наступал только при скорости обода почти 500 м/c или плотности энергии около 100 кДж/кг. Изобретение Гулиа в несколько раз превзошло по плотности энергии самые передовые на то время маховики и оставило позади свинцово-кислотные аккумуляторы.
Механический гибрид Гулиа (1966) Это возможно первый в мире гибридный автомобиль. Его передние колеса приводились от ДВС, тогда как задние от вариатора и маховика. Такой опытный образец оказался вдвое экономичней, чем УАЗ-450Д.
В мае 1964 года Гулиа первым в мире подал заявку на изобретение супермаховика, но из-за бюрократизма советской патентной системы получил необходимый документ только через 20 лет, когда срок его действия уже истек. Но приоритет изобретения за СССР сохранился. Жил бы ученый на Западе — давно бы стал мультимиллионером.
Через какое-то время после Гулиа супермаховик изобрели и на Западе, и спустя годы ему находят множество применений. В разных странах разрабатываются проекты маховичных машин. Американские специалисты создают беспилотный вертолет, в котором вместо двигателя используют супермаховики. Отправляют супермаховики и в космос. Там для них особенно благоприятная среда: в космическом вакууме нет аэродинамического сопротивления, а невесомость устраняет нагрузки на подшипники. Поэтому на некоторых спутниках связи применяются супермаховичные накопители — они долговечнее электрохимических аккумуляторов и могут долгое время снабжать аппаратуру спутника энергией. Недавно в США стали рассматривать возможность применения супермаховиков в качестве источников бесперебойного питания для зданий. Там уже работают электростанции, которые во время пика потребления энергии увеличивают мощность за счет маховичных накопителей, а при спаде, обычно в ночное время, направляют избытки энергии на раскручивание маховиков. В итоге у электростанции значительно повышается КПД работы. Кроме того, потери энергии в супермаховиках составляют всего 2% — это меньше, чем у любых других накопителей энергии.
Профессор Гулиа тоже времени зря не терял: создал очень удобную маховичную дрель, разработал первый в мире гибридный маховичный автомобиль на базе УАЗ-450Д — он оказался вдвое экономичней обычной машины. Но главное — профессор постоянно совершенствует разные элементы своей маховичной концепции, чтобы сделать ее по-настоящему конкурентоспособной.
Чудо-махомобили
Можно ли вывести супермаховик на уровень самых емких аккумуляторов? Оказывается, это не проблема. Если вместо стали использовать более прочные материалы, то пропорционально вырастет и энергоемкость. Причем, в отличие от электрохимических аккумуляторов, здесь практически нет потолка.
Супермаховик из кевлара на испытаниях при той же массе накапливал в четыре раза больше энергии, чем стальной. Супермаховик, навитый из углеволокна, может в 20−30 раз превзойти стальной по плотности энергии, а если использовать для его изготовления, например, алмазное волокно, то накопитель приобретет фантастическую энергоемкость — 15 МДж/кг. Но и это не предел: сегодня с помощью нанотехнологий на основе углерода создаются волокна фантастической прочности. «Если из такого материала навить супермаховик, — рассказывает профессор, — плотность энергии может достичь 2500−3500 МДж/кг. А значит, 150-килограммовый супермаховик из такого материала способен обеспечить легковому автомобилю пробег в два с лишним миллиона километров с одной прокрутки — больше, чем может выдержать шасси машины».
Маховичные машины Если объединить в одну схему супермаховик и супервариатор расход привычного автомобиля можно снизить ниже 2 л/100 км, считает Нурбей Гулиа. На фото приведена схема работы маховичной машины на топливных элементах, справа автомобиля с ДВС.
За счет того что супермаховик вращается в вакууме, а его ось закреплена в магнитной подвеске, сопротивление при вращении оказывается минимальным. Возможно, такой супермаховик может крутиться до остановки многие месяцы. Однако машина, способная работать в течение всего срока службы без заправок, пока еще не изобретена. Мощности современных электростанций определенно не хватит для зарядки таких серийных чудо-махомобилей.
Но именно автотранспорт, считает профессор, самая подходящая сфера применения супермаховиков. И показатели машин проекта Гулиа, на которых он планирует использовать супермаховики, не менее удивительные. По оценке ученого, «здоровый» расход топлива у бензинового автомобиля должен составлять примерно 1,5 л на 100 км, а у дизельного — 1,2 л.
Как такое возможно? «В энергетике есть неписаный закон: при одинаковых капиталовложениях всегда более экономичен привод, в котором нет преобразований видов и форм энергии, — поясняет профессор. — Двигатель выделяет энергию в виде вращения, и ведущие колеса автомобиля потребляют эту энергию тоже в виде вращения. Значит, не надо преобразовывать энергию двигателя в электрическую и обратно, достаточно передавать ее от двигателя к колесам через механический привод».
Таким образом, механический гибрид оказывается максимально энергосберегающим и, как уверяет ученый, в условиях города снижает расход топлива в три раза! Применение супермаховика, который запасает огромное количество энергии от двигателя, а затем практически без потерь отправляет ее на колеса через супервариатор (см. «ПМ», № 3’2006), позволяет снизить размер и мощность двигателя. Двигатель же в проекте ученого работает только в оптимальном режиме, когда его КПД наиболее высок, поэтому-то «суперавтомобиль» Гулиа столь экономичен. Имеется у профессора и проект использования топливных элементов с супермаховиком. У топливных элементов КПД в пределе может быть почти вдвое выше, чем у ДВС, и составляет около 70%.
«Но почему же при всех достоинствах такой схемы она пока не используется на автомобилях?» — задаем мы очевидный вопрос. «Для такой машины был необходим супервариатор, а он появился сравнительно недавно и сейчас только начинает производиться, — объясняет профессор Гулиа. — Так что такой автомобиль на подходе». Нашему журналу приятно сознавать, что если такой автомобиль появится, то в этом будет и наша заслуга. После того как в «Популярной механике» появилась статья о супервариаторе Гулиа, этим проектом сразу заинтересовались производители приводной техники, и сейчас профессор занимается созданием и совершенствованием своего супервариатора. А значит, стоит надеяться, что ждать суперавтомобиля осталось недолго…
Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№12, Декабрь 2008).
Супермаховик Нурбея Гулиа – механический накопитель энергии. Ч.1
Этот материал подтолкнул написать один из комментариев под статьей на “НМ”. Спасибо Дмитрию Белову за интересную идею.
Решение проблемы создания емкого, легкого, компактного аккумулятора можно назвать одной из самых востребованных задач в современном мире. И мнение профессора, изобретателя, доктора технических наук Нурбея Гулиа заметно отличается от общепринятого – не химические, электрические, термические, а механические накопители – вот за чем настоящее будущее!
Началом своих исследований Нурбей Гулиа называет задачу, поставленную им самим перед собой в пятнадцать лет – создание «энергетической капсулы»: энергоемкого накопителя безвредной для человека и окружающей среды энергии. С тех пор он изучил множество способов решения, пока не остановился на маховике, известном с начала времен – гончарный круг, что как не маховик?
Накапливать и отдавать энергию в такой системе просто – разгон-«зарядка» и остановка-«вывод мощности». А проблемой такого способа – в энергоемкости, вернее в недостаточной плотности запасаемой энергии. Увеличить ее можно двумя способами: сделать больше габариты устройства или повысить скорость вращения маховика. В первом страдает компактность, во втором – безопасность использования.
Тогда-то Гулиа и высказывает предположение – а почему маховик должен быть монолитным? Ведь можно сделать его «навитым»: из металлической ленты или троса. В случае разрушения, такой не разлетается на мелкие части, а наоборот – тормозится. При этом, такая конструкция не теряет энергоемкость в сравнении с монолитными. В 1964 году Гулиа получает патент на свою конструкцию, так называемого, супермаховика.
Надо сказать, что «обычные» маховики могли иметь (в теории) энергоемкость порядка 30−50 кДж на килограмм массы. В то же время обычные свинцово-кислотные аккумуляторы имели 64 кДж/кг, а щелочные еще выше – 110 кДж/кг. На деле же энергоемкость маховиков была раза в три ниже возможной, 10−15 кДж/кг, из-за необходимости увеличения запаса прочности при изготовлении.
Первые испытания супермаховика Гулиа показали, что даже первая не самая совершенная конструкция, способна обогнать по плотности энергии свинцово-кислотные аккумуляторы при достаточной безопасности: разрыв ленты наступал при разгоне обода до 500 м/с (плотность составляла 100 кДж/кг). Тогда же было выдвинуто предложение использовать его на автомобиле и разработан первый гибрид на базе УАЗ-450Д.
Если вам понравился материал, пожалуйста, ставьте лайки и подписывайтесь на канал. Это не сложно и бесплатно, но очень важно для развития “НМ”. А еще нам нужны репосты в соцсети!
Английский автобус Optare Solo оснастили системой механической рекуперации
Городским автобусам тяжелее остальных: только тронулся, как уже пора тормозить. А что если оборудовать автобус устройством, которое будет запасать энергию при замедлении и отдавать ее при разгоне, помогая двигателю? Такие автобусы только что появились в Англии и США, но мало кто знает, что пальма первенства в этом вопросе принадлежит отечественному инженеру!
Р екуперация (от латинского recuperatio, «возвращение») применительно к автомобилю — процесс, когда кинетическая энергия при торможении запасается, а при разгоне вновь возвращается. Как это обеспечить?
Самый известный способ — установить гибридный привод (например, дизель-электрический), чтобы электромотор-генератор подзаряжал аккумуляторы от ведущих колес — и с их же помощью помогал двигателю внутреннего сограния. Но существует и менее известный путь — установка устройства-рекуператора. Оно может быть механическим (компактный высокооборотный маховик) или гидравлическим (гидронасос, он же гидромотор, который закачивает жидкость — как правило, масло — в гидроаккумуляторы). Конечно, у обеих систем есть минусы. Поскольку маховик делает десятки тысяч оборотов в минуту, а колеса — сотню-другую, ему нужна не обычная коробка передач, а вариатор. А гидросистема требует наличия баллонов с маслом под высоким давлением — громоздких и небезопасных. Тем не менее еще в 1966 году советский инженер Нурбей Гулиа (ныне профессор и доктор наук) поставил «маховичный» накопитель на грузовичок УАЗ-450, в 1972 году — на автобус ЛАЗ-695. А в 1973—1976 годах тот же самый ЛАЗ-695 был переоборудован под «гидронакопитель»: баллоны заполнялись маслом и сжатым азотом. Гулиа уверял, что вне зависимости от типа рекуператора на автобусе экономилось аж 45% топлива и втрое сокращалась токсичность выхлопа, но проект был закрыт из-за многочисленных трудностей.
А сейчас оба «автобусных» проекта, с гидравлическим и механическим рекуператорами, возродились за рубежом.
Американская компания Altair с 2005 года разрабатывала гидравлическую систему — и нынешней осенью показала первый городской автобус с ней. Разработчики не раскрывают подробностей проекта, но заявляют, что «гидравлический гибрид» экономичнее дизель-электрического на 30%, а дизельного автобуса — аж на 110%. Вот это уже фантастика чистой воды, потому что автомобиль не может экономить больше 100% топлива!
Англичане в свою очередь создали автобус с механическим рекуператором, причем благодаря Формуле-1. Несколько лет назад, когда регламент Формулы-1 разрешил использование рекуперации, фирмы Torotrak и Xtrac создали компактный маховичный накопитель в паре с торовым вариатором. Сам маховик, сделанный из высокопрочной стали и композитов, раскручивается до 64500 (это не опечатка!) об/мин. Поскольку для снижения потерь из корпуса маховика требовалось откачать воздух, компания Ricardo сумела создать герметичный легкосплавный корпус без отверстий для оси. Момент передается через сплошную стенку при помощи магнитной муфты: при вращении маховика мощные магниты на его оси «тянут за собой» ответные, на выходном валу.
Именно такой системой оснащен английский автобус Optare: к автоматической КПП Allison при помощи редуктора прикреплен торовый вариатор (который весит всего 10 кг), а он в свою очередь соединен с маховиком через магнитную муфту. Как и задумано, при замедлении автобуса маховик бешено раскручивается, а затем отдает в трансмиссию до 400 кДж энергии, развивая около 60 кВт (заявлено, что его можно форсировать до 1 мДж и 110 кВт). И здесь не обошлось без громких заявлений — мол, система вдвое эффективнее дизель-электрической, занимает в два раза меньше места и вчетверо дешевле. Вот только построенный прототип смог сэкономить всего 8% топлива вместо ожидаемых 30%. Другие серьезные недостатки подобного вариатора — невозможность передачи больших мощностей и очень маленький диапазон регулирования.
Сам Нурбей Гулиа еще много лет назад писал: «. путь использования на автотранспорте рекуператоров — тупиковый. Не рекуператор нужен автомобилю, а симбиоз супермаховика и автономной энергетической установки с супервариатором». Самое интересное, что Гулиа придумал и запатентовал такой «супервариатор» и с ним предполагалась постройка опытной машины на базе зиловского Бычка.
Что стало с той идеей — можно не пояснять. И будет ли продолжение у зарубежных проектов — предсказать не беремся.
СУПЕРТЕХНИКА ОТ СУПЕРМЕНА: СУПЕРМАХОВИК И СУПЕРВАРИАТОР ДЛЯ СУПЕРАВТОМОБИЛЯ
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.
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?
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., 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 рисунке. 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 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.
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 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 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.
1939. Родился в Тбилиси (там же окончил школу и Политехнический институт).
1961. Сделал первое изобретение, 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.
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.
Источники:
http://electrik.info/main/voprosy/367-gibrid-s-supermahovikom-i-supervariatorom.html
http://kabel-house.ru/remont/supervariator-gulia/
http://zen.yandex.ru/media/id/5b3e56b25dd05600a8854d46/5c7e7eee8efae100b20ac5b5
http://autoreview.ru/articles/gruzoviki-i-avtobusy/vozvraschenie-k-gulia
http://www.perunica.ru/nauka/6126-supertehnika-ot-supermena-supermahovik-i-supervariator-dlya-superavtomobilya.html