Էներգախնայողություն: Ընդհանուր տեղեկություններ մեխանիկական էներգիայի պահպանման մասին

Մեխանիկական սկավառակ (MN) կամ մեխանիկական էներգիայի կուտակիչ կոչվում է կինետիկ կամ հավանական էներգիա պահելու համար `հետագա եկամուտներով` օգտակար աշխատանք կատարելու համար:

Ինչ վերաբերում է ցանկացած տեսակի էներգախնայող սարքերի (NE), Գործողության բնութագրական ռեժիմներն են MN- ը գանձում (կուտակում) եւ լիցքաթափել (Էներգիայի վերադարձը): Պահեստ Էներգիան ծառայում է որպես միջանկյալ ռեժիմ MN: Լիցքավորման ռեժիմում արտաքին աղբյուրից մեխանիկական էներգիան մատակարարվում է MN- ին, իսկ էներգիայի աղբյուրի հատուկ տեխնիկական իրականացումը որոշվում է MN տիպի միջոցով: MN- ի լիցքաթափման ժամանակ նրանց կողմից պահվող էներգիայի հիմնական մասը փոխանցվում է սպառողին: Կուտակված էներգիայի մի մասը ծախսվում է բեռնաթափման ռեժիմում տեղի ունեցող կորուստների փոխհատուցման վրա եւ MN- ի մեծ մասում եւ պահեստավորման ռեժիմներում:

Քանի որ մի շարք կուտակային կայանքներում, ժամանակը չի կարող լինել շատ ավելի բարձր, լիցքաթափման ժամանակից (G3 "GR), հնարավոր է էապես արտացոլել միջին թվանշանը»: ԺլատP- ից ավելի միջին հզորություն P3 Լիցքավորեք Mn. Այսպիսով, թույլատրելի է էներգիա կուտակել համեմատաբար ցածր էներգիայի աղբյուրներով էներգիա կուտակելու համար:

MN- ի հիմնական սորտերը բաժանված են ստատիկ, դինամիկ եւ համակցված սարքերի:

Ստատիկ MNS- ը ներուժի էներգիան ծծում է աշխատանքային հեղուկի ձեւի կամ ծավալի առաձգական փոփոխության միջոցով `դուրս գալով ծանրության ուղղությամբ գրավիտացիոն դաշտում: Այս MNS- ի ամուր, հեղուկ կամ գազային հեղուկը էներգիայի պահպանման ռեժիմում ունի ստատիկ պետություն, եւ NE- ի լիցքը եւ լիցքը ուղեկցվում են աշխատանքային հեղուկի շարժումով:

Դինամիկ Իմը կուտակում է կինետիկ էներգիան հիմնականում պինդ նյութերի պտտվող զանգվածներում: Պայմանականորեն - Դինամիկ MNS- ին կարող են ներառել նաեւ լիցքավորված տարրական մասնիկների արագացուցիչ սարքերի կուտակիչ սարքեր, որոնցում էլեկտրոնների կամ պրոտոնների կինետիկ էներգիան, ցիկլիկորեն շարժվելով փակագծերի:

Համակցված MNS- ը միեւնույն ժամանակ կինետիկ եւ հավանական էներգիա է: Համակցված MN- ի օրինակ կարող է ծառայել որպես բարձրորակ մանրաթելային նյութից սուպերմարկիչ, որն ունի համեմատաբար փոքր առաձգական մոդուլ: Դրա մեջ այս MN- ի ռոտացիայի ընթացքում ակտիվացված է առաձգական դեֆորմացիայի հավանական էներգիան: Նման բանից կուտակված էներգիան արդյունահանելիս ձեռք է բերվում երկու տեսակների օգտագործումը:

Զանգվածի յուրաքանչյուր միավորի համար հատուկ կուտակված էներգիայի մակարդակի առումով կամ կուտակային տարրի ծավալը, դինամիկ իներցիոն իմը զգալիորեն գերազանցում է մի քանի այլ սորտեր (օրինակ, ինդուկտիվ եւ կոնդենսատոր կրիչներ): Հետեւաբար, MN- ը մեծ գործնական հետաքրքրություն է առաջացնում տարբեր ոլորտներում բազմազան ծրագրերի եւ գիտական \u200b\u200bհետազոտությունների համար:

MN առանձին տեսակներ, որոնք հայտնաբերվել են էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության լայնածավալ օգտագործման մասին, ինչպիսիք են ուղեցույցը `էլեկտրական կայանների ռոտացիան: Լիցքավորումը. Նրանց աշխատանքի լիցքաթափման ցիկլը հասնում է տասնյակ ժամերի:

Իներցիոն հանքերի համար կարճաժամկետ տարբերության ռեժիմները բնորոշ են: MN- ից էներգիայի ընտրությունը ուղեկցվում է թռիչքային անկյունային արագության անկմամբ `թույլատրելի մակարդակի: Որոշ դեպքերում արգելակումը կարող է առաջանալ մինչեւ թռիչքային դադարի կանգառը: «Sh նցված» լիցքավորումը, որը բնութագրվում է պահվող էներգիայի միանգամյա օգտագործման կամ ցիկլային ընտրությամբ, եւ մեծ կինետիկ պահի եւ MN- ի լիցքաթափման փոքր ժամանակ, նրա ռոտորի անկյունային արագության կրճատումը համեմատաբար փոքր է, Չնայած 0 հզոր ուժը կարող է հասնել բավականաչափ բարձր արժեքների: Այս ռեժիմում ներկայացվում են բազմաթիվ պահանջներ `լիսեռի ուժը ապահովելու համար: Լիսեռում մոմենտի ազդեցության տակ կան վտանգավոր շոշափելի շեշտադրումներ, Cha: Ռոտորի կինետիկ էներգիան անցնում է լիսեռի առաձգական դեֆորմացիաների հավանական էներգիայի մեջ: Առանձնացված կառույցներում այս դժվարությունները հաղթահարելու համար տրամադրվում են առաձգական կամ շփման ճիրան:

Ստատիկ MN- ը պահպանում է պահված էներգիան, լինելով ֆիքսված վիճակում: Նրանց մեջ հնարավոր էներգիայի կրողներն էլ ավելի դեֆորմացված պինդ մարմիններ են կամ սեղմված գազեր ավելցուկային ճնշման տակ, ինչպես նաեւ Երկրի մակերեւույթի համեմատությամբ բարձրացված զանգվածներով: Ստատիկ MN- ի բնորոշ օրինակներն են. Ձգված կամ սեղմված աղբյուրներ, ռետին; Գազ-բալոնի մարտկոցներ եւ օդաճնշական կուտակիչներ; Բազմաթիվ ոստիկանության ազդեցության սարքեր, օրինակ, բարձրացված վիճակում զանգվածային էներգիա օգտագործելով կույտեր. Հիդրոհամակարգիչ էլեկտրակայանների ջրամբարներ, ջրային բաքեր: Ներկայացնում ենք էներգետիկայի հիմնական գործակիցները եւ որոշ բնորոշ սարքերի բնութագրական պարամետրերը:

Դիտարկենք Mn S. Առաձգական տարրեր:

Հավատալ Պինդ վիճակը Գծային համակարգ, ապա առաձգական կուտակային տարրը ունի անընդհատ կոշտություն (կամ առաձգականություն) Ն.= Կոնստեր Ուժ Զ.\u003d NX: Գծային դեֆորմացման համամասնությունը x. Կատարյալ, երբ գանձվում է տարրական աշխատանք DW.\u003d Fdx.. Ամբողջ պահվող էներգիա

Կ. = Ամբ. Fdx \u003d. Ամբ. NXDX \u003d NAH2 / 2-FAAH / 2, Օո:

ՈրտեղԱՀ - արդյունքում ստացված դեֆորմացիան, օրինակ, սահմանափակ, Թույլատրելի Լարման Էական նյութ; Ֆին = Նահակ -Առաջեդ ուժ:

Եկեք գնահատենք հատուկ էներգիան Վայա: \u003d Wj. Մ, Մեկ միավորի զանգվածի համար Տղամարդ \u003d Yv.\u003d ysh. Աղբյուրներ կամ գավազան ծավալ Վ. եւ խաչմերուկ Ս., Որի նյութն ունի Y եւ առաջադրվում է կոկորդի օրենքում գտնվող բացը Ա \u003d Xfe, Որեվէ ավելին X.* \u003d Xfh- հարաբերական դեֆորմացիա, Ե.-մոդուլի առաձգականություն (Jung), G ^ GP. Ներկայացնելը Խաբել \u003d EDX„ Մենք կարող ենք գրել DW.\u003d Fhdx* \u003d Fhdo./ E. մի քանազոր Dwya. \u003d DW./ ysh. \u003d Fda./ Yse., Որտեղից Գ. \u003d F./ S. Գտնել

Wya \u003d] (Alje) da \u003d A2J (2JE):ՄԱՍԻՆ

Պողպատե համար Աղբյուրներ C "\u003d 8 108 N / M "Ե \u003d. 2 , 1-1011 N / M2, y \u003d 7800 կգ / մ 3, ապա Վայա: ^200 Ամբ./ կգ: AnaՏեխնիկական ռետինների տրամաբանական հաշվարկը տալիս է ^ ud ^ 350 j / կգ, այնուամենայնիվ, հիստերիեզի բնույթի պատճառով Զ.= Զ.(X.) «Լիցքաթափման» ցիկլում կորուստը եւ ջեռուցումը տանում են Դեպի ռետինե աստիճանական ծերացում (ոչնչացում), իր առաձգական հատկությունների վատթարացման անկայունությունը:

Գազ կուտակվում է Համակարգը շրջակա միջավայրի հետ կապված մեխանիկական ոչ հավասարակշռության վիճակում է. Temperature երմաստիճանի եւ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի հավասարությամբ (T \u003d t0c) Համակարգի ճնշում P\u003e p0, c, Հետեւաբար, համակարգը կարող է աշխատել: Էլաստիկ էներգիա, որը սեղմվում է մխոցի ծավալի մեջ Վ. Գազն է

Կ. \u003d P (vdp \u003d v (p2-pi) .. (4.1)

Ցանկացած սեղմված գազի միավորի վրա ցանկացած սեղմված գազի համաձայն (4.1) կա հատուկ էներգիա

Wya \u003d w / m \u003d v (p2-pl) im \u003d imply. (4.2)

Հիմնվելով (4.2), K \u003d 1M3 արժեքի վրա Կ.- WYSM: թվայինորեն հավասար է ճնշման անկմանը AR \u003d P1-P1: Օրինակ, եթե ա /? \u003d 250 105 PA (նախնական ճնշում P! \u003d Y5PA), ապա IL \u003d 25-106 J, անկախ գազի քիմիական կազմից: WYA- ի առավելագույն արժեքը սեղմված գազը զրոյական ճնշումից մինչեւ տվյալ ջերմաստիճանում սեղմված ճնշումն ընդլայնելիս `ըստ Mendeleev- ի հավասարման - Klapairone Մաս- Mvryt Դիմահարդարում

Վայա:\u003d Wlm \u003d ryti ", (4.3)

Որտեղ c \u003d m / mts - մոլային զանգված (կգ / Kmol); Ry & ~ 8,314 KJ / (Kolol k) համընդհանուր գազի կայուն է TX273 K- ում; /? "105PA; Մմ - գազի զանգվածի կիլոմետրերի քանակը Մ.

(4.3) կարելի է տեսնել, որ լույսի գազերի ամենաարդյունավետ օգտագործումը MN- ում: Ամենահեշտ գազի համար `ջրածնի (C \u003d 2 կգ / Kmol) at r \u003d 300-ից հատուկ էներգիա. 1250 KJ / կգ (կամ 1250 j / G): (4.3) in (4.3) ճնշումը ներառված չէ, քանի որ Վյան որոշվում է (4.2) ճնշման գազի հարաբերակցությունը իր խտությանը: Վերջինս ճնշման բարձրացումով եւ R \u003d Const- ով ավելանում է ըստ գծային օրենքի (իզոթերմային գործընթացում) Մաս= COST). Հարկ է նշել, որ հաշվի առնելով բարձր ճնշման արդյունավետ օգտագործման համար պատշաճ օգտագործման համար, կապված է գազի բալոնների զգալի զանգվածի զգալի զանգվածի նկատառումներով, հաշվի առնելով, որ ամբողջությամբ կարող է նվազել մեծության կարգը (4.2) -ից (4.3): Բալոնների ուժի գնահատումը կարող է իրականացվել `օգտագործելով 4,5,7-ի հաշվարկված հարաբերությունների միջոցով:

Նկատի առնել Գրավիտացիոն Էներգետիկ կրիչներ:

Երկրի ներգրավման գրավիչ էներգիան (Օրանի մակարդակով) գնահատվում է բավականին բարձր »UD \u003d 61.6 MJ / կգ, որը բնութագրում է մարմինը միատեսակ տեղափոխելու համար` երկրի մակերեւույթից MX \u003d կգ-ի զանգվածով արտաքին տարածությունը (մենք նշում ենք, որ այս արժեքը pvya- ն մոտավորապես ավելին է, քան 1 կգ կերոսինի քիմիական էներգիա): Բեռը քաշը բարձրացնելու ժամանակ Տղամարդ Բարձրության վրա Հ. \u003d X.2 - XL: Պահեստավորված էներգիա

Կ. \u003d jgmdx \u003d gmh , (4.4)

Որտեղ M \u003d Const, G \u003d 9,8 լ մ / S2: Համաձայն (4.4) հատուկ էներգիայի Վայա:\u003d Wj. Տղամարդ\u003d Gh. Կախված է միայն բարձրությունից Հ.. Պահված էներգիան թողարկվում է, երբ բեռը ընկնում է եւ համապատասխան օգտակար աշխատանքներ կատարում հնարավոր էներգետիկայի հետ կապված էներգիայի անցման արդյունքում: Անկման ժամանակ բնության ամենամեծ կինետիկ էներգիան կարող է զարգացնել երկնաքարեր, որոնց համար WYA ^ 60 MJ / կգ (բացառությամբ մթնոլորտում շփման էներգիայի ծախսերի):

Գավիստմատիկ ուժերի անմիջական օգտագործումը, բնական զանգվածների բնական զանգվածներով, գրեթե անհնար է: Այնուամենայնիվ, ջուրը մղելով բարձրացված արհեստական \u200b\u200bջրամբարների կամ ստորգետնյա ջրամբարներից մինչեւ մակերես, հնարավոր է կուտակել էլեկտրական էներգիայի համակարգերում լայնածավալ ծրագրերի համար բավարար մեծ քանակությամբ հնարավոր էներգիա: Եթե \u200b\u200bմակարդակի տարբերությունը Հ. \u003d 200 մ, այնուհետեւ հաշվարկվում է M \u003d 103 կգ հարկավորված էներգիայի զանգվածի վրա (4.4) հավասար եւ\u003e »\u003d 1962 KJ, հատուկ էներգիա Վայա:\u003d Wjm.= 1.962 KJ / կգ:

Նկատի առնել իներտ կինետիկ Մն.

Սկզբունքորեն կինետիկ էներգիան կարող է վերանորոգվել ցանկացած զանգվածային շարժման: Միասնական առաջադեմ մարմնի շարժման համար Տղամարդ արագությամբ Վ. կինետիկ էներգիա Կ.\u003d MV.2 / 2. Հատուկ էներգիա Վայա:\u003d W./ Մ. \u003d V.2 Ամբ.2 Կախված է (քառանկյուն) միայն գծային մարմնի արագությունից: KM / C- ի առաջին տիեզերական արագությամբ շարժվող մարմինը հատուկ է

Էներգետիկ wyax32 MJ / կգ:

Տարբեր էներգիայի եւ տրանսպորտային դիմումների համար ռոտացիոն շարժման ռացիոնալ է `ռացիոնալ - իներցիոն մն (թռիչքի): Պահեստային կինետիկ էներգիա w \u003d J & / ~ որոշվում է անկյունային արագության հրապարակով Գ. \u003d 2NN: (Իմաստ - ռոտացիայի հաճախականությունը) եւ իներցիայի պահը Ամբ. Flywheel- ը համեմատած ռոտացիայի առանցքի հետ: Եթե \u200b\u200bսկավառակի թռիչքը շառավղ ունի Գամասեղ եւ զանգված Տղամարդ = Յ. (Վ.- Ծավալ, Կ. - նյութական խտություն), T °

J ^ MR2 / 2 \u003d YVR2J2 մի քանազոր W \u003d N2MR2N2 \u003d N2YVR2N2: Համապատասխան հատուկ էներգիա (մեկ միավորի համար Տղամարդ կամ V) Դիմահարդարում Ֆվեր/ Մ.\u003d N.* R.2N.2 , J / կգ եւ Լվ0YA.\u003d W./ V.\u003d N.2YR2N.2 , J / M3: Q եւ N տվյալ չափի G- ի արժեքները սահմանափակվում են գծային շրջագծային արագությամբ Վ. \u003d Հարց..R \u003d 2MR:, կապված նյութի ap- ի թույլատրելի արցունքաբեր լարման հետ: Հայտնի է, որ սկավառակի կամ գլանաձեւ ռոտորի մեջ լարման լարում կախված է V2- ից: Կախված մետաղական թռիչքի երկրաչափական ձեւից, ծայրամասերի թույլատրելի սահմանափակող արագությունները բնութագրվում են մոտավորապես 200-ից 500 մ / վ:

Կուտակված էներգիա, մասնավորապես բարակ riming flywheel, Կ.\u003d MV. /2 (Տղամարդ- բաց թողեք պտտվող օղակները): Հատուկ էներգիա Վայա:\u003d W./ Մ. \u003d V.2 /2 չի կախված ռինգի չափից եւ որոշվում է իր նյութի պարամետրերի հարաբերակցությամբ (տես § 4.5.1, որտեղ ցուցադրվում է դա Վ.2 \u003d OPJ.Յ): Հարկ է նշել, որ Wya ~ Avju- ի նման օրինակը տեղի է ունենում նաեւ ինդուկտիվ էներգիայի պահեստում (տես Չ. 2), չնայած դրանք զգալիորեն տարբերվում են ֆիզիկական բնույթից: Ընդհանուր առմամբ, պահեստային տարրերի արտադրության մեջ MN- ը անհրաժեշտ է նյութեր կիրառել բարձրացված GP / Y արժեքներով\u003e 105 j / կգ: Ամենահարմար նյութերը բարձր ամրության համաձուլվածքով պողպատ են, տիտանի խառնուրդներ, ինչպես նաեւ թեթեւ ալյումինե խառնուրդներ (տիպային «Durural») եւ մագնեզիումի համաձուլվածքներ (տիպի «էլեկտրոն»): Կիրառելով մետաղական նյութեր, կարող եք ստանալ MN- ի հատուկ էներգիան \u003d 200-300-ից մինչեւ J / կգ:

Հատկապես մեծ հատուկ էներգիաներով (սուպերմարկետներով) տողերի փոխանցման միջոցով տեսականորեն կարող են ապահովել WYA ցուցիչի հետեւյալ մակարդակները. Ապակե կտորներ 650 կ. / Կգ, քվարբոնային մանրաթելեր (ադամանդի կառուցվածքով) -15000 կ. / կգ: Թելերը (կամ դրանցից պատրաստված ժապավենները) եւ սոսինձը կազմում են կոմպոզիտային ձեւավորում, որի ուժը ցածր է, քան աղբյուրի մանրաթելերը: Հաշվի առնելով իրական գերտերության մեջ ամրապնդման տարրերը, հրեայի արժեքները պակաս նշված են, բայց գործնականում ձեռք են բերվում, բայց դեռեւս համեմատաբար ավելի բարձր է, քան MN- ի այլ սորտերում: Գերմարդկովիկովը խոստովանում է շրջագծի արագությունը Վ. "1000 մ / վ: Նման սարքերի տեխնիկական իրականացումը պահանջում է հատուկ պայմանների տրամադրում: Օրինակ, անհրաժեշտ է վակուումային պատյանների թռիչքային ցանցի տեղադրում, սահմանված արժեքներից ի վեր Վ. Համապատասխանում են օդում գերձայնային արագություններին (Maha MA\u003e 1-ի քանակը), որը ընդհանուր առմամբ կարող է առաջացնել մի շարք անընդունելի հետեւանքներ. Օդային կնիքների եւ ցնցումների կտրուկ աճի, ջերմաստիճանի կտրուկ աճ:

Բազմաշերտ մանրաթելային սուպերմարկետներն ունեն բավարար քանակությամբ հուսալիություն եւ ավելի անվտանգ, քան պինդ ճանճեր: Անբաժանելի ուժերի հետեւանքով առաջացած անընդունելի ծանրաբեռնվածությամբ ոչնչացվում են Գերմարդկովկայի մանրաթելային կոմպոզիտային դիզայնի առավել սթրեսային արտաքին շերտերը, մինչդեռ զանգվածային թռիչքային ոչնչացումը ուղեկցվում է իր կոտրված մասերի ընդլայնմամբ:

Ստատիկ եւ դինամիկ MN հատկությունների համադրությունը տեղի է ունենում տարբեր սարքերում: Նրանց ամենապարզը տատանվող ճոճանակն է: Հնարավոր էներգիայի փոխադարձ վերափոխման կինլլիկ գործընթացը կինետիկորեն կարելի է պահպանել բավականաչափ երկար, եթե փոխհատուցում եք կորուստը ճոճանակի մեխանիզմում:

Դիտարկենք MN պատկերազարդ օրինակները, միաժամանակ, կինետիկ եւ հավանական էներգիա: Դրանք ցույց են տալիս կուտակված մեխանիկական էներգիայի երկու տեսակների համատեղ գործնական օգտագործման հիմնական հնարավորությունները: Նկ. 4.1, բայց Բեռը ցուցադրվում է Մ, Պտտվելով կենտրոնի շուրջը ՄԱՍԻՆ Բացարձակ կոշտ լարային երկարության վրա / ուղղահայաց դիրքից թեքվել է CP- ի անկյուն: Գծի արագություն Վ. համապատասխանում է շառավիղի շրջանակի շուրջի պտտվող շարժմանը Գամասեղ Բեռների հնարավոր էներգիա Վ\u003d Gmh Նրա բարձրության բարձրացման պատճառով Հ. Շեղման արդյունքում: Բեռի կինետիկ էներգիան 1FK \u003d 0.5 Մվ2 . Ուժ F \u003d F "+ Տ. Դրա իներցիոն բաղադրիչը հավասար է FK \u003d MV LR\u003e գրավիտացիոն արժեքի բաղադրիչներին F Շոշափել \u003d Gm.. Քանի որ F "/ Fr \u003d R2 / Rg \u003d TG (D, Postolo) Վ/ Wk. \u003d 2H:/ RTG.^>. Եթե \u200b\u200bանցնում եք ^: Ինչ A \u003d / (l - coscp) եւ r \u003d / sincp, ապա / g / g \u003d (1 - COSCP) / SIN: Այս կերպ, Կ.«Լ. LFK \u003d 2COSCP / (L + COS (P), եւ CP-\u003e 0-ի դեպքում մենք ստանում ենք WN / WK-\u003e 1. Հետեւաբար, փոքր CPS- ում, պահված էներգիան FV \u003d JVK + WN- ը կարող է բաժանվել հավասար մասերի (WN \u200b\u200bWN- ը կարող է ավելանալ, եթե բեռը ապահովենք առաձգական կասեցման (գավազան կամ լարային):

Համատեղ կուտակման եւս մեկ օրինակ Կ.„ մի քանազոր ՎԿ Ծառայում է պտտվող նուրբ թռիչքային թռիչքը (Նկար 4.1, բ), որն ունի առաձգականություն (կոշտություն) Ն. Լարվածությունը RIM ^ p \u003d NAI- ում համամասն է `իներցիոն ուժերի կողմից առաջացած A / \u003d 2 լ (MR.0) էլաստիկ երկարացման համար Աֆր. \u003d AMV2 / g, բաշխված Նոմել Երկրագնդի երկգլխարի ճառագայթների ճառագայթների շրջագծով `2 DM \u003d 2 (L // 2L;) D (p որոշվում է 2A / V \u003d \u200b\u200b2A / 7 հարաբերակցությամբ (() Sinacp ^ AI ^ ACP, որտեղ 0,5 Մվ2 \u003d 2k:2 (Ռ. - Ռ.0 ) Ն.. Հետեւաբար, կինետիկ էներգիայի ժապավենը LVK \u003d 2n:2 (Ռ. - Ռ.0 ) Ն.. Պահված պոտենցիալ էներգիայից հետո)