A lendkerék egy forgó rendszer, amely lehetővé teszi a kinetikus energia tárolását és felszabadítását . A tengelyre rögzített tömeget (tárcsa, gyűrű, henger, esetleg ellentétesen forgó rendszerben összekapcsolva ...) forgatónyomaték alkalmazásával forgatással állítják be , növelve annak forgási sebességét és ezáltal a tárolt energiát. Az energia mennyisége arányos a forgási sebesség négyzetével.
Fizikai jellemzője a tehetetlenségi nyomaték, amely kifejezi a tömegek eloszlását a tengely körül.
Például hő motorok , lendkerék - gyakran jár együtt az önindító gyűrű hajtómű és a tengelykapcsoló - elnyeli a szabálytalanság a motor nyomatéka rántotta a dugattyúk . Ezután a lendkerék hozzáadása lehetővé teszi a rezgések csökkentését.
Ezenkívül a lendkerék felesleges energiát képes tárolni a hajtási fázisban (robbanás), semleges keresztezésnél (kompresszió). A jelenség annál is észrevehetőbb, mivel a dugattyúk száma alacsony és az üzemi sebesség alacsony.
A zúzógépeket kavics készítéséhez olyan elektromos motorok hajtják, amelyek működése nagyon rendszeres. A zúzott kőzetek azonban méretüktől vagy alakjuktól függően hirtelen és erőteljes igénybevételt okozhatnak, amelyek a motor leállását okozhatják. A lendkerékben tárolt mozgási energia lehetővé teszi a zúzó által tapasztalt kemény pontok átjutását.
Azáltal, hogy sebességet adunk a forgó hengernek, energiát adunk hozzá, amely visszanyerhető, ha ezt a mozgási energiát átalakítjuk egy másik energiává (például elektromos), amelynek következtében fokozatosan lassul a lendkerék sebessége.
A lendkerék teljesítménye általában 3 és 133 kWh között van . A töltési idő általában néhány perc nagyságrendű, az autonómia általában 15 és 30 perc között van .
A nagyon alacsony válaszidő lehetővé teszi a rendszer nagy reakcióképességét a töltéshez és kisütéshez, ami lehetővé teszi a lendkerék használatát az elektromos hálózatban rövid távú tárolásként az áramtermelés szabályozásához vagy az áramtermelés simításához.
Rendszerek 2 , hogy 6 kWh használják távközlési relék.
A Beacon Power (in) által gyártott lendkerék "farmjainak" két legnagyobb létesítménye az Egyesült Államok, és képes 5 percig 20 MW maximális teljesítmény leadására (összesen 1, 66 MWh ).
A módszer mobil telepítéseknél problémát jelenthet a lendkerék giroszkópos viselkedése miatt, amely nagy sebességgel fordulva hatalmas erőket fejt ki a csapágyakra. Ezenkívül az anyag megválasztását annak ereje és maximális kerületi sebessége határozza meg.
Adattábla a különböző felhasznált anyagokhoz, lendkerék vékony korona alakú, belső sugara ri = 20 cm , külső sugara r0 = 25 cm , a kézikerék vastagsága h = 40 cm .
Anyag | 60% szénszál és gyanta | 60% aramid rost és gyanta | 60% üvegszál és gyanta | Edzett acél 30NCD16 | Titán TA6V | Alumínium 7075 T6 |
---|---|---|---|---|---|---|
Sűrűség ρ (kg / m 3 ) | 1500 | 1350 | 2000 | 7,800 | 4,500 | 2,700 |
Lendkerék tömege (kg) | 42.4 | 38.2 | 56.5 | 220.5 | 127.2 | 76.3 |
Szakítószilárdság σ (MN / m 2 ) | 4,200 | 2,880 | 2,600 | 1000 | 800 | 500 |
Maximális perifériás sebesség v max (m / s) | 2366 | 2,066 | 1,612 | 506 | 596 | 609 |
Maximális forgási sebesség (rpm) | 90,400 | 78,900 | 61,600 | 19,300 | 22,800 | 23,200 |
Kinetikus energia (kWh) | 26,719 | 18.322 | 16.541 | 6.362 | 5.089 | 3.181 |
Energiasűrűség (Wh / kg) | 638 | 486 | 296 | 29. | 40 | 42 |
Ne feledje, hogy a lendkerék azonos formájához - tehát állandó térfogatnál - a maximális mozgási energia a sűrűségétől függetlenül arányos a felhasznált anyag rugalmas határával (alulról a 2. vonal).
Példák mobil telepítésekreEzt az elvet régóta alkalmazzák a kis, úgynevezett súrlódó játékoknál . Különböző járműveken is használják:
Az 1950-es években a trolibusz egy változata , a Gyrobus , a padló alá laposan lefektetett lendkerékkel működött. Több belga és svájci városban használták őket. Ez a rendszer lehetővé tette több kilométer megtételét szennyezés nélkül az újratöltés előtt, amelyet a megállók során hajtottak végre.
A közelmúltban a villamosgyártók újra dolgoznak a lendkerék tömegközlekedési eszközökön való alkalmazásán, különös tekintettel az Alstom Citadis villamosokra , amelyeket 2006-ban teszteltek Rotterdamban, és amelyek 2 ellentétesen forgó kereket használnak a giroszkópos hatás korlátozására.
A lendkerék legtöbbször merev rész. A tömeg és a nagy üzemi sebesség miatt szinte mindig része a fordulatszimmetriának.
A tehetetlenség annál nagyobb lesz, mivel a tömeg messze oszlik el a tengelytől. Hőmotor esetén a lendkerék nagyságrendileg sokat jelent; annak nagy átmérőjű használjuk azután a ház a tengelykapcsoló mechanizmus és elhelyezésére a starter gyűrű hajtómű a kerületén .
Bizonyos gépjárműveken a lendkerék két tömegből áll, amelyeket rugók kötnek össze. Az egyik tömeg integrált a főtengellyel, a másodlagos tömeg integrált a hajtóművel, a kettőt kapcsok, golyóscsapágy és rugók kötik össze. Ez egy csillapító eszköz, amely elnyeli a kinetikus energia túlzott ingadozásait, ezáltal csökkentve az erőátviteli torziós feszültségeket.
Ezeket a mechanikus eszközöket régóta megtartják a gőzgépek szabályozásához. A szabályozó tehetetlensége a súlyok excentricitása szerint változik. Szabályozási hatása ekkor közvetlenebb, mint az egyszerű merev lendkeréké.
A valóságban ez a tehetetlenség nem közvetlenül szabályozza a gép mozgását, hanem arra szolgál, hogy az energiaforrásra hatjon az áramlás, és ezért a gép forgási sebességének szabályozására: a sebesség növekedése a szívás (pl. gőz), amely automatikusan csökkenti a forgási sebességet, és fordítva. Ez egy rabszolgaság folyamata .
Az ezen a területen folytatott kutatások folyamatosak, és nagyon megkülönböztető újításhoz vezettek: egy mágneses rendszer a lendkerék (tengely) forgástengelyét a kerettől (a csapágyaktól ) rögzített távolságban , a fizikai érintkezési és ezért a súrlódási pontokat levitálja eltávolításra kerül. Ez a folyamat kettős előnyt nyújt a rendszer élettartamának növelésével és az általános hatékonyság optimalizálásával.
A forgó tömeg mozgási energiája :
vagy:
Egy anyagi pont kinetikus energiáját a következő összefüggés adja meg:
vagy:
a szögsebesség , a figyelembe vett pont útvonalának sugara ennek a pontnak az elemi tömege.A lendkeréknek vagy bármely testnek, amely egy rögzített tengely körül forog, kinetikus energiája van az egyes pontok mozgási energiáinak összegével. Mivel a forgási mozgás minden ponton közös, figyelembe lehet venni a szögsebesség paramétert. Ezután megjelenik az összeállítás tehetetlenségi pillanatának kifejezése:
A fémipar több mint egy évszázada gyárt nagy lendkereket. Az 1970-es évek óta új anyagokat teszteltek és használtak (üvegszál, szénszál , beton).
A 2010-es években megjelent egy kifejezetten energiatárolásra és / vagy új energiahálózatok szabályozására tervezett lendkerék gyártása, többek között Franciaországban tíz prototípussal tesztelve Toulouse egyik tevékenységi területén, majd a „beiktatással (közepén)2016. szeptember) egy 4000 m 2 -es üzem a Technopole de l'Aube en Champagne-ban (Troyes / Rosières). Ezt az üzemet bérbe adják a FLYPROD nevű konzorciumnak, amely az államtól jelentős támogatást kapott az ADEME által végrehajtott " jövőbeli beruházási program " révén stratégiai projektként kiválasztott kezdeményezéshez . A projekt 3,75 millió euró támogatást kapott a teljes 14,58 millió eurós beruházásból (három és fél év alatt). Itt a Troyes-i Műszaki Egyetemmel (UTT) kifejlesztett, szénszálas lendkerékről van szó , amelynek forgása néhány perc alatt 10 000 fordulat / percre növelhető , köszönhetően a súrlódást korlátozó elektromágneses emelésnek.
A bejelentett célkitűzés körülbelül 100 gép gyártása 2017-ben , azaz 4 MW tárolóteljesítménynek felel meg . Az ezekben a lendkerékben tárolt energiát azonnal helyreállítja egy elektromos generátor meghajtása .