Bir volan depolanması ve serbest bırakılmasını sağlayan bir döner sistem kinetik enerji . Bir eksene sabitlenmiş bir kütle (disk, halka, silindir, muhtemelen ters yönde dönen bir sistemde birleştirilmiştir ...) bir tork uygulamasıyla dönmeye ayarlanır, dönme hızını ve dolayısıyla depolanan enerjiyi arttırır. Enerji miktarı, dönme hızının karesiyle orantılıdır.
Fiziksel özelliği, kütlelerin eksen etrafındaki dağılımını ifade eden eylemsizlik momentidir .
Örneğin, ısı motorlarında , genellikle marş halkası dişlisi ve debriyajla ilişkilendirilen volan , pistonlar tarafından sarsılan motor torkunun düzensizliğini emer . Volanın eklenmesi titreşimleri azaltmayı mümkün kılar.
Ek olarak, volan, nötr geçişinde (sıkıştırma) kullanım için sürüş aşamasında (patlama) fazla enerjiyi depolayabilir . Piston sayısı düşük ve çalışma hızı düşük olduğundan fenomen daha da belirgindir.
Çakıl yapmak için kullanılan kırıcılar, çalışması çok düzenli olan elektrik motorları ile çalıştırılır. Bununla birlikte, ezilmiş kayalar, boyutlarına veya şekillerine bağlı olarak, motorun durmasına neden olabilecek ani ve şiddetli gerilimler uygular. Volanda depolanan kinetik enerji, kırıcının karşılaştığı sert noktaların geçişini sağlar.
Dönen silindire hız verilerek, bu kinetik enerjinin volanın hızını kademeli olarak yavaşlatma etkisine sahip başka bir enerjiye (örneğin elektriksel) dönüştürülmesiyle geri kazanılabilen enerji sağlanır .
Volanların kapasitesi tipik olarak 3 ile 133 kWh arasındadır . Şarj süresi tipik olarak birkaç dakikadır ve özerklik genellikle 15 ila 30 dakika arasındadır .
Çok düşük tepki süresi, sistemin şarj ve deşarj için yüksek reaktivitesine izin verir, bu da elektrik şebekesinde elektrik üretimini düzenlemek için kısa süreli depolama olarak volanların kullanımına veya kesintili enerji üretimini sorunsuz hale getirir.
Dan Sistemleri 2 -e doğru 6 kWh telekom röleleri kullanılır.
Beacon Power (in) tarafından üretilen volan "çiftlikleri" nin en büyük iki tesisi Amerika Birleşik Devletleri'dir ve 5 dakika boyunca maksimum 20 MW güç sunabilir (toplamda 1, 66 MWh ).
Yöntem, mobil kurulumlar için, volanın jiroskopik davranışı nedeniyle bir sorun oluşturabilir, bu da yüksek hızda döndüğünde yataklar üzerinde muazzam kuvvetler uygular. Ek olarak, malzeme seçimi gücü ve maksimum çevresel hızına göre belirlenir.
Kullanılan farklı malzemeler için veri tablosu, iç yarıçapı ri = 20 cm , dış yarıçapı r0 = 25 cm , volan kalınlığı h = 40 cm olan ince bir taç şeklinde volan .
Malzeme | % 60 karbon fiber ve reçine | % 60 aramid elyaf ve reçine | % 60 fiberglas ve reçine | 30NCD16 sertleştirilmiş çelik | Titanyum TA6V | Alüminyum 7075 T6 |
---|---|---|---|---|---|---|
Yoğunluk ρ (kg / m 3 ) | 1500 | 1350 | 2.000 | 7.800 | 4.500 | 2.700 |
Volan kütlesi (kg) | 42.4 | 38.2 | 56.5 | 220.5 | 127.2 | 76.3 |
Çekme dayanımı σ (MN / m 2 ) | 4.200 | 2.880 | 2.600 | 1000 | 800 | 500 |
Maksimum çevresel hız v maks (m / s) | 2366 | 2.066 | 1.612 | 506 | 596 | 609 |
Maksimum dönüş hızı (rpm) | 90.400 | 78.900 | 61.600 | 19.300 | 22.800 | 23.200 |
Kinetik enerji (kWh) | 26.719 | 18.322 | 16.541 | 6.362 | 5.089 | 3.181 |
Enerji yoğunluğu (Wh / kg) | 638 | 486 | 296 | 29 | 40 | 42 |
Aynı volan şekli için - bu nedenle sabit hacimde - maksimum kinetik enerji, yoğunluğundan bağımsız olarak kullanılan malzemenin elastik sınırı (alttan 2. çizgi) ile orantılıdır.
Mobil kurulum örnekleriBu ilke, küçük, sözde sürtünme oyuncaklarında uzun süredir kullanılmaktadır . Ayrıca farklı araçlarda kullanılır:
1950'lerde, bir varyant troleybüsten , Gyrobus bir volan ile çalıştırılan, zemin altında düz düzenlendiği. Birkaç Belçika ve İsviçre şehrinde kullanıldılar. Bu sistem, duraklar sırasında gerçekleştirilen şarj etmeden önce birkaç kilometre kirlilik olmadan seyahat etmeyi mümkün kıldı.
Daha yakın zamanlarda, tramvay üreticileri volanın toplu taşımaya uygulanması üzerinde, özellikle 2006 yılında Rotterdam'da test edilen ve jiroskopik etkiyi sınırlandırmak için 2 ters dönen el çarkı kullanan Alstom Citadis tramvayları üzerinde tekrar çalışıyorlar .
Çark çoğu zaman sert bir parçadır. Ağırlığı ve yüksek çalışma hızları nedeniyle, neredeyse her zaman devrim simetrisine sahip bir parçadır.
Kütle eksenden uzaklaştıkça atalet daha büyük olacaktır. Bir ısı motoru olması durumunda, volan boyut olarak çok şey oluşturur; büyük çapı daha sonra kavrama mekanizmasını barındırmak ve marş çemberi dişlisini çevresine yerleştirmek için kullanılır .
Bazı otomobillerde, volan birbirine yaylarla bağlanmış iki kütleden oluşur. Kütlelerden biri krank mili ile bütünleşiktir, ikincil kütle transmisyonla bütünleşiktir, ikisi kamalar, bir bilyeli yatak ve yaylar ile bağlanmıştır. Bu, kinetik enerjideki aşırı değişiklikleri emen bir sönümleme cihazı oluşturur, böylece transmisyon üzerindeki burulma gerilimlerini azaltır.
Bu mekanik cihazlar , buhar motorlarının düzenlenmesi için uzun süredir muhafaza edilmektedir. Regülatörün ataleti, ağırlıkların eksantrikliğine göre değişir. Düzenleme etkisi, basit sabit volandan daha hızlıdır.
Gerçekte, bu atalet, makinenin hareketinin doğrudan bir düzenleyicisi değildir, ancak akışı ve dolayısıyla makinenin dönme hızını kontrol etmek için enerji kaynağına etki etmek için kullanılır: hızdaki bir artış, alımda bir azalmaya yol açar. (örneğin buhar), otomatik olarak dönme hızında bir azalmaya neden olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bu bir köleleştirme sürecidir .
Bu alanda araştırma, sürekli ve çok farklılaşan yenilik yol açmıştır: Bir manyetik sistemi yukarıda tutan çerçeve (itibaren sabit bir mesafede de volan (şaft) dönme eksenini yatakları ), bu nedenle, fiziksel temas ve sürtünme noktalarının kaldırıldı. Bu süreç, sistemin ömrünü uzatmak ve genel verimliliğini optimize etmek gibi çifte avantaj sağlar.
Kinetik enerji , bir döner kütle olduğu
veya:
Maddi bir noktanın kinetik enerjisi aşağıdaki ilişki ile verilir:
veya:
bir açısal hız , dikkate alınan noktanın yolunun yarıçapı bu noktanın temel kütlesi.Bir volan veya sabit bir eksen etrafında dönen herhangi bir cisim, kinetik enerji için her noktadaki kinetik enerjilerin toplamına sahiptir. Dönme hareketi tüm noktalarda ortak olduğundan, açısal hız parametresi çarpanlarına ayrılabilir. Montajın eylemsizlik momentinin ifadesi daha sonra görünür:
Metal endüstrisi, yüzyılı aşkın süredir büyük volanlar üretmektedir. 1970'lerden beri yeni malzemeler test edildi ve kullanıldı (cam elyafı, karbon elyafı , beton).
2010'larda, Toulouse'un bir faaliyet alanında test edilen on prototip ile Fransa'da da dahil olmak üzere, enerji depolama ve / veya yeni enerji ağlarının düzenlenmesi için özel olarak tasarlanmış özel bir volan üretimi, ardından 'açılış (ortaeylül 2016) Bir 4000 m 2, bitki de Technopole de l'Aube en Champagne (Troyes / Rosières). Bu tesis, ADEME tarafından uygulanan " gelecekteki yatırımlar programı " aracılığıyla stratejik bir proje olarak seçilen bir girişim için devletten önemli destek alan FLYPROD adlı bir konsorsiyuma kiralanmıştır . Proje, toplam 14,58 milyon Euro'luk (üç buçuk yılda) yatırımdan 3,75 milyon Euro tutarında yardım aldı . Burada Troyes Teknoloji Üniversitesi (UTT) ile geliştirilmiş, karbon fiberden üretilmiş, elektromanyetik kaldırma sürtünmeyi sınırlayan elektromanyetik kaldırma sayesinde dönüşü birkaç dakikada 10.000 rpm'ye çıkarılabilen direksiyon simidi .
Açıklanan hedef, 2017 yılında yaklaşık 100 makine, yani depolama gücünde 4 MW'a eşdeğer üretim yapmaktır . Bu volanlarda depolanan enerji, bir elektrik jeneratörü çalıştırılarak anında geri yüklenir .