21.3. Инерционный аккумулятор

Инерционный аккумулятор отлично подходит для кратковременного накопления энергии. Уже отмечалась целесообразность его применения в электромобилях для исключения больших разрядных токов у электрических аккумуляторов и увеличения таким образом их срока службы; в этом случае инерционный аккумулятор выполняет роль гибридного привода. Маховики способны быстро накапливать и отдавать большое количество энергии и поэтому особенно пригодны для аккумулирования энергии при торможении транспортного средства.

В конструкциях современных маховиков, применяемых в инерционных аккумуляторах, находят применение пластмассы и композиционные материалы, например, уже упоминавшийся выше "Кевлар".

В стальных маховиках запас прочности материал используется не полностью. Под влиянием центробежных сил наибольшие напряжения возникают по периметру маховика, где при превышении предела прочности материала возникают трещины, приводящие к разрушениям. Обод маховика обычно разрушается на три части, которые вследствие высокой окружной его скорости (достигающей трехкратной величины скорости звука) пробивают корпус маховика и вызывают большие разрушения. При этом материал, сосредоточенный вблизи оси маховика, полностью не используется.

Для изготовления маховиков хорошо подходит выпускаемый фирмой "Дюпон" композиционный материал "Кевлар", обладающий прочностью на разрыв 3500 МПа при плотности 1,44 кг/дм³. Степень использования материала маховика определяется соотношением его плотности и прочности.

Современный маховик показан на рис. 144. Обод маховика состоит из двух колец 5, образованных несколькими слоями "Кевлара". Наружный слой 1 выполнен из "Кевлара-49", средний слой 2 - из "Кевлара-29", внутренний слой 3 - из стекловолокна; спицы 4 изготовлены из композиционного материала на основе графитовых волокон. Такой маховик обладает плотностью энергии 45 Вт⋅ч/кг. При испытаниях на границе разрушения плотность энергии у этих маховиков достигала 65-120 Вт⋅ч/кг. Для снижения аэродинамических потерь маховик помещен в герметичный вакуумированный корпус. Маховик из пластмассы более безопасен, он наносит меньшие повреждения при своем разрушении, о начале которого сигнализируют вибрации, вызываемые возникающим из-за разрыва волокон дисбалансом. Отслаивающиеся волокна заполняют пространство между маховиком и корпусом, маховик быстро затормаживается и останавливается, не приводя к разрушению корпуса соседних с ним агрегатов и узлов автомобиля, а также не принося вреда окружающим людям.

Рис. 144. Маховик из материала 'Кевлар': 1 - наружный слой обода; 2 - средний слой обода; 3 - внутренний слой обода; 4 - спицы; 5 - кольца обода