Közvetlen energia - A vákuumtechnológiai folyamatok megnövelik a lendkerekek hatékonyságát

Közvetlen energia - A vákuumtechnológiai folyamatok megnövelik a lendkerekek hatékonyságát

A lendkerekek mozgási energiát tárolnak és ezt azonnal át is tudják adni; ez akkor ideális megoldás, ha nagy mennyiségű energiára van nagyon gyorsan szükség. A vákuumtechnológiai folyamatok hatékonyabbá teszik ezt a technológiát.
02_Racing_Car.jpg

Még a gyermekek is jól ismerik a lendkerekes játékautók működési elvét, azaz hogy kétszer-háromszor elhúzzák a kerekeit a földön, majd elengedik, és a kisautó egy lendkeréktől hajtva zümmögve elgurul. Amikor a gyermek a kezével elhúzza az autót, a kerekeihez kapcsolt kicsi fémkerék felpörög. Az alig néhány gramm tömegű fémkerék forgási energiája elegendő ahhoz, hogy a kisautó gyorsan elhúzzon a szoba padlóján.

A vákuumtechnológiai folyamatok optimalizálják a futási teljesítményt

De a lendkerék távolról sem csak játékszer. Más mai alkalmazások között lendkerekeket használnak a hálózati áramellátás fluktuációinak áthidalására és a fékezési energia ideiglenes tárolására. Gyakran alkalmaznak vákuumot a lendkerekes technológia hatékonyabb felhasználásához, mert a forgások számának és a forgási sebességnek a növekedésével együtt növekednek a légellenállás és a levegő turbulenciájának a hatásai. Ezek jelentősen csökkentik a forgástároló eszköz hatékonyságát, mert lassítják, és akár még tönkre is tehetik a fejlett műanyag lendkerekeket a súrlódási hő kialakulásával. Ezt meg lehet akadályozni azzal, ha a kerék zárt házban forog, ahol mélyvákuumot hoznak létre és nincs légellenállás. Ez az üresjáratban elkerülhetetlenül jelentkező energiaveszteséget is minimumra csökkenti, és növeli a lendkerék hatékonyságát.

Egyre inkább elterjed a mágneses csapágyak alkalmazása a hagyományos golyóscsapágyak helyett a forgó tengelyeknél, mert ezzel minimálisra lehet csökkenteni a súrlódási veszteséget. Így a kerék tengelye mágneses mezőben lebeg és súrlódás nélkül forog.

Fordulatszámlálás

A lendkerekek egy mozgó testben tárolják az energiát, ezért a hagyományos lendkerekeket általában fémből készítik, és persze nagyon súlyosak. A korlátozó tényező itt a kerületi sebesség, ez az a sebesség, amellyel a kerék külső éle forog. A sebesség növekedésével együtt növekszik a centrifugális erő is; végül az anyag eléri terhelési határait és szétrobbanhat. Ezért manapság egyre inkább nagy szilárdságú szénszálas anyagokból készítik a lendkerekeket, mivel ezek nem igényelnek olyan nagy tömeget.

A forgó tömeg energiatartalma a forgási sebesség négyzetével növekszik. Ez azt jelenti, hogy az energiatárolási képesség hatékonyabban növelhető gyorsabb forgással, mint súlyosabb vagy nagyobb tárcsák alkalmazásával. A szálerősítésű műanyag könnyű, és szilárdsága lehetővé teszi, hogy rendkívül gyors forgást is elviseljen, akár 100 000 percenkénti fordulatszámot is.

Lendkerekes generátor vákuumkamrában a Porsche 918 RSR típusban | 'porsche 918 rsr' by cmonville, used under CC BY 2.0

Kipróbált és bevált technológia

A lendkerék alapelvét, vagyis a mozgási energia közvetlen tárolási lehetőségét az alkalmazások széles körében használják. Meghajtó mechanizmusként szolgált a fazekaskorongoknál hajdanában, a gőzmozdonyokban az ipari forradalom korában, de a modern versenyautókban is. A FIA szabályai lehetővé teszik a lendkerekes energiatárolás használatát, amelyet fékezés közben töltenek fel, majd a gyorsítás során újból kiaknáznak. 2012-ben Le Mans-ban két lendkerékkel felszerelt Audi R18 e-tron quattro gépkocsi nyerte el a 24 órás verseny első és második helyezését.

Ma azonban már széles körben használják a lendkerekeket generátorok meghajtásához, a hálózati áramellátás ingadozásainak kivédése céljából. Az összes hálózati zavar 97%-a kevesebb, mint három másodpercig tart, ez pedig semmiképpen sem lehet elegendő ahhoz, hogy a dízel-meghajtású vészhelyzeti áramellátó egységek elérjék a kívánt fordulatszámot. Ezzel ellentétben a lendkerékkel ellátott generátorok milliszekundumokon belül képesek rendelkezésre állni. A lendkerék kiegyenlíti a hálózati áramellátás rövid ideig tartó ingadozásait, és pufferként szolgál mindaddig, amíg a vészhelyzeti áramellátás üzemkész állapotba nem kerül.

A Busch szállít és karbantart vákuumtechnológiát a forgó energiatároló eszközök különféle alkalmazásaihoz.


Nagy teljesítmény a fúziós kísérletekhez

A lendkerekes generátorok nagy teljesítményét a nagy energiamennyiség gyors eléréshez is célzottan használják, például az ASDEX Upgrade fúziós kísérletnél, amelyet a Max Planck Intézetben folytatnak a németországi Garching plazmafizikai kutatóintézetében. Itt percenként 3000 fordulatra gyorsítanak fel egy 400 tonnás lendkereket. Utána ez 10 másodpercen keresztül 150 MW energiát szolgáltat a plazma felhevítésére.

A hangsebesség háromszorosa

A motorsporthoz kifejlesztett szénszálas lendkerék átmérője 30 milliméter, az elérhető fordulatszám pedig 60 000 fordulat. Ez azt jelenti, hogy a külső élénél eléri a hangsebesség háromszorosát. A lendkerék vákuumban forog, egy szigetelt kamrában, teljesítményét pedig mágneses tengelykapcsoló használatával továbbítják.


Iratkozzon fel „A vákuum világa" hírlevélre!
Iratkozzon fel most, és mindig rendelkezzen naprakész ismeretekkel a vákuum világának legújabb lenyűgöző híreiről.

FELIRATKOZÁS