Маховик времени своими руками diy

Маховик времени — бесполезная безделушка?

Продолжаем исследовать вселенную Гарри Поттера

В третьей книге нам представили магический артефакт под названием «маховик времени». Его предназначение — отматывать время для одного или немногим более человек на непродолжительный срок. Так же как и школа Легилеменции он полностью ломает сюжет. Давайте разберемся, в чём именно и как его логично приспособить

Примечание : здесь я не буду разбирать нелогичности конкретно третьей книги, сломанный таймлайн в ней это отдельная исторяи

Итак , мы можем перенестись в прошлое и изменить его. Да, пусть на несколько часов и наличие других подобных артефактов ограничено (хранились под замком в отделе Тайн Министерства магии). Но доверим такое устройство школьнице третьего курса, а сами пойдем пить чай и смотреть как дети выкрутятся

Первый вариант применения : безопасность школы.

Дамблдор мог использовать маховик для своих отлучек и таким образом быть в школе постоянно. Тогда к примеру в первой книге можно было бы изловить дух Воландеморта.

Второй вариант : наблюдение.

У нас есть мутные ситуации, вроде убийства Седрика. И мы можем проследить, как это произошло. Даже с политикой невмешательства, можно было к примеру отправить на кладбище Фаджа и Кингсли, чтобы они лично убедились в воскрешении Темного Лорда

Третий вариант : происки темной стороны

В том же «Доводе» мы убедились, как может быть полезно отправить команду в прошлое и подсмотреть развитие событий, принять в них участие. А теперь представьте что Воландеморт одновременно приходит в разные места
Где-то он столкнется с Дамблдором, где-то его задержит Кингсли и мракборцы его уровня, а где-то защиты просто не останется.

Четвертый вариант : лечение

Это уже отсылка на ленту Мебиуса и «Мстители:Финал». Что если прогнать время сквозь человека, и вылечить то, что вылечить невозможно? Более ранняя версия Дамблдора не получала смертельного урона от кольца Марволо Мракса

Разумеется, это только мои мысли о этому поводу. А что думаете вы?

Источник

Как сделать маховик своими руками

Супермахови́к — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. По сравнению с обычными маховиками, способен сохранять больше кинетической энергии.

За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм массы [1] . В частности, в 1964 году советский инженер Н. В. Гулиа заявил авторские права на одну из конструкций, которой и дал название «супермаховик».

Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна или углеродных композитов. За счёт этого обеспечивается высокая прочность на разрыв и безопасность эксплуатации. При физическом разрушении супермаховик не разлетается на крупные части, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части тормозят барабан и предотвращают дальнейшее разрушение. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор-генератор, где статором является барабан, а ротором — ось, вокруг которой он вращается. Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию, а при подключении нагрузки — отдавать. КПД этого преобразования достигает 98 % [2] .

Маховики как буферные устройства начали использоваться ещё во времена неолита, например, в устройстве гончарного круга [3] . В XX веке маховик претерпел ряд конструктивных изменений, позволявшим ему запасать энергию на значительное время. Так, например, в 1950-х годах вакуумированные маховики использовались в экспериментальном общественном транспорте, в частности испытывались гиробусы [4] .

Содержание

Преимущества и недостатки супермаховика [ править | править код ]

Супермаховик сочетает в себе долговечность и умеренную цену, безопасен [5] при разрушении, его КПД очень велик. Недостатком супермаховиков является гироскопический эффект, обусловленный большим моментом импульса вращающегося маховика и препятствующий изменению направления оси вращения маховика. Для исключения этого нежелательного эффекта при применении маховиков в качестве накопителей энергии на транспортных средствах можно применить подвеску маховика в кардановом подвесе, но это существенно усложняет конструкцию.

Дополнительным недостатком супермаховика является отсутствие отработанной простой трансмиссии, позволяющей использовать его на транспорте. В настоящий момент проводятся эксперименты по передаче энергии вращения супермаховика на колёса транспортного средства посредством супервариатора. Перспективным также является использование вакуумного супермаховика на магнитной подвеске в качестве источника электроэнергии для шаговых электродвигателей.

Еще одним недостатком супермаховика является его высокая пожароопасность. Если произойдёт разрушение супермаховика, то возникнет сила трения между разрушающимся маховиком и его корпусом. Так как супермаховик запас огромное количество кинетической энергии, при торможении эта энергия будет переходить в тепло. Количество выделившегося тепла в относительно короткий промежуток времени может быть настолько значительным, что может привести к воспламенению механизма или транспортного средства.

Практическое использование [ править | править код ]

Н. В. Гулиа в первую очередь собирался применить супермаховик как накопитель энергии для автомобилей и даже построил несколько образцов такого транспорта.

Однако последние успешные достижения относятся к другим областям. Компания Beacon Power, основанная в США в 1997 году, сделала существенный шаг, разработав серию больших стационарных супермаховиков для применения в промышленных энергосетях. Супермаховики производства Beacon Power способны запасать энергию в 6 и 25 кВт⋅ч в зависимости от модели и мощность в 2 и 200 кВт соответственно.

Американская компания рассчитывает продавать их местным компаниям, а также сама оказывать услугу «регулирования частоты». Строительство регулирующей электростанции на супермаховиках мощностью 20 МВт началось в конце 2009 года [6] . Поскольку энергосистема США существует в условиях наличия множества местных поставщиков энергии и открытого энергетического рынка, необходимость регулирования мощности создает немало проблем, которые компания надеется решить: запасание «лишней» энергии, когда потребление снижается; восполнение недостатков во время пиков потребления; регулирование частоты тока.

Под научным руководством Н. В. Гулиа российская компания Kinetic Power [7] создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один такой накопитель способен запасать энергию до 100 кВт⋅ч и обеспечивать мощность до 300 кВт. В условиях российского рынка кластер из нескольких таких накопителей способен обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона, заменяя собой дорогостоящие и громоздкие гидроаккумулирующие электростанции.

Несмотря на то, что автомобили, питающиеся от маховиков, не получили широкого распространения, транспорт остаётся одной из наиболее привлекательных отраслей применения супермаховиков. В частности, речь идёт о железнодорожном транспорте. При торможении как пассажирского, так и грузового состава впустую тратится огромное количество энергии. Супермаховик, подключённый к одной электрической сети с составом, способен улавливать и запасать энергию торможения, а позже выдавать её в сеть для разгона состава. Спасённая таким образом энергия позволит снизить потребление на 30 %. [ источник не указан 236 дней ]

Помимо этого, супермаховики могут быть использованы для обеспечения бесперебойного питания [8] объектов высших уровней ответственности. Свойства супермаховика обеспечивают отклик устройства на уровне сотых долей секунды, позволяя ни на секунду не прерывать подачу электроэнергии.

Сегодня существует масса способов увеличить мощность двигателя автомобиля. Любители скорости и драйва часто принимают решение облегчить маховик. Давайте посмотрим, какие плюсы можно получить от такой замены, какие особенности имеются у этого процесса и можно ли выполнить процесс облегчения своими руками в гараже.

О штатном элементе

Как бы ни ругались между собой на форуме автолюбители, маховик – это точная и идеально выверенная деталь. При разработке инженеры тщательно просчитывали нагрузки, сопротивление на кручение и на слом. Вес штатного маховика на большинстве автомобилей (за исключением автобусов и грузовиков, а также спецтехники) находится в диапазоне от семи до девяти килограммов. Точная масса зависит от конкретной модели машины и ее класса. После запуска двигателя обычный маховик начинает набирать кинетическую энергию за счет работы поршней, системы впрыска и выпуска, а также от вращения коленчатого вала. При работе силового агрегата часть энергии растрачивается на раскручивание и вращение тяжелого маховика. Чем больше масса этого металлического диска, тем больше энергии на его раскрутку потребуется. Особенно эти затраты заметны на высоких оборотах (от 4500 оборотов в минуту).

Из всего этого выходит, что маховик мешает двигателю работать, отбирая на себя часть мощности. Но здесь не все так однозначно. За счет своей массы маховик берет ненужную энергию, которая вырабатывается за счет детонации или других побочных процессов. Так, эти процессы не идут на кузов в виде вибраций, а поглощаются маховиком.

Облегченный элемент

Принцип его достаточно простой. Народные специалисты по тюнингу ДВС, да и некоторые тюнинг-ателье банально удаляют часть его веса. К примеру, со стандартного маховика, установленного на большинстве автомобилей ВАЗ, можно убрать до 3,5 килограммов. Вес штатного элемента составляет 7,5. А облегченный маховик, на ВАЗ устанавливаемый, будет весть 4 килограмма, что достаточно существенно. Нужно отметить, что сегодня в продаже существует масса разновидностей маховиков. Можно облегчить деталь от 1,5 до 3,5 килограммов. Различные специалисты объясняют это по-своему, но суть здесь одна – увеличение динамических характеристик. Справедливым будет вопрос: «А почему нельзя облегчить маховик, скажем, до 1 кг или даже изготавливать его таким в заводских условиях?». Все просто – слишком легкая деталь будет нестабильной и банально сломается. На элемент действуют различные силы. И при слишком малом весе он не выдержит работы на высоких нагрузках.

У этого элемента должен быть определенный предел прочности, позволяющий работать в стандартных режимах.

Преимущества облегчения

Давайте посмотрим, что может дать облегченный маховик, на ВАЗ-2107 устанавливаемый. После процесса облегчения деталь теряет в весе, а значит, двигателю придется затрачивать меньше энергии на процесс раскрутки.

Таким образом можно снизить механические потери. На раскручивание маховика нужно меньше энергии, соответственно, повысится отдача силового агрегата. Более легкий маховик имеет меньшую инерцию. Мотор будет быстрее набирать высокие и максимальные обороты. Да и в целом работа на высоких оборотах будет лучше. Все это действительно так, если тщательно просчитать силы инерции, а также воздействие центробежной силы. После сравнения со значениями на стандартном маховике станет ясно, что для облегченной детали действительно намного меньше затрат. А ведь именно на высоких оборотах штатный маховик испытывает чрезмерные нагрузки от воздействия центробежной силы и инерции.

Недостатки

Первым дело нужно сказать, что одного облегчения маховика будет недостаточно. Необходимо также правильно настроить и остальные детали двигателя. Потребуется облегчать и коленчатый вал, правильно настроить центровку корзины сцепления.

Среди минусов можно выделить снижение прочности конструкции, отсутствие какого-то видимого эффекта на низких оборотах двигателя. Также необходимо дополнительно выполнять балансировку с коленчатым валом и шкивом ремня генератора. Маховик, потерявший в весе, будет слабее проводить тепло – зимой трансмиссия потребует больше времени на прогрев на холостых оборотах. Ну и наконец, стоимость маховика значительно выше, особенно если учитывать, что это заводской облегченный маховик для «Приоры» от известного производителя, а не изготовленный в гаражных условиях кустарным способом. Если автомобиль приобретается для стандартной городской езды до 3000 об/мин, то эффект от облегчения будет практически незаметен. Если машина эксплуатируется более экстремально (на оборотах более 4500 в минуту), то плюсы облегченного маховика будут заметны.

Возможно ли облегчить своими руками?

В качестве основы применяют стандартные маховики, которые затем облегчаются путем срезания лишнего. Зачастую убирают части на внешнем радиусе детали. При помощи вырезания пазов можно убрать от полутора до двух килограмм веса. При этом не нарушаются прочностные характеристики ни самого маховика, ни его венца. Можно облегчить маховик и больше, снимая три и более килограмма. Но такой вариант уже потеряет в прочности.

Иногда встречаются элементы, где венец приварен посредством сварки к тому, что остался от маховика после облегчения. Но так делать нельзя – прочность заметно снижается.

Как уменьшить вес маховика своими руками?

Необходимо найти токаря, но предварительно распечатать чертеж Сингуринди. Снижение веса по данной технологии является самым безопасным. Это подтверждает опыт – такой технологией пользовались многие. К примеру, стандартный вес классического маховика от ВАЗа составляет около 7 килограмм. При помощи технологии Сингуринди можно сократить массу детали до 4,8 килограмма, но стенка, на которой расположены крепежные отверстия, должна иметь толщину 10 миллиметров. Можно снять и больше. Тогда толщина стенки будет 8 миллиметров. Вес при этом составит около 4,5 килограмма. Облегчать еще больше не стоит.

Для крепежного болта, который применяется для установки корзины сцепления, диаметром в 8 миллиметров, необходимо тело с равным диаметром. Если стенка маховика будет иметь меньшую толщину, это может стать причиной его разрыва на высоких оборотах. Лучше не рисковать и сразу приобрести готовый облегченный маховик. Цена его зависит от модели автомобиля. Так, маховики на ВАЗ стоят от 2,5 тысячи рублей. Они уже отбалансированы. Таким образом можно облегчить совершенно любой элемент. Но важно учитывать прочностные характеристики и особенности. Если нужно добавить прочности, то на свой страх и риск приваривается венец при помощи сварки.

В конце процедуры обязательно проводят балансировку нового маховика вместе с корзиной сцепления. Диски при этом устанавливать не нужно. Балансировку можно выполнять даже статически. Далее выполняют балансировку с коленчатым валом. Это нужно для обеспечения стабильности работы двигателя.

Желательно провести и динамическую балансировку. Но для этого необходимо специализированное оборудование, которое есть не на каждом автосервисе и даже машиностроительном предприятии.

Как выполнить статическую балансировку?

Процесс несложный, но и точность его низкая. Однако это лучше, чем установка детали без каких-либо балансировок. Эту операцию выполняют, установив облегченный маховик ВАЗа-2110 на две подставки. В качестве подставок вполне подойдут уголки, имеющие ровные края. Их выставляют строго горизонтально и тщательно выверяют положение. В центр маховика устанавливают ровный вал, который лучше заказать у токаря. Далее конструкцию кладут на выставленные уголки. Маховик вращают и замечают, какая часть его находится внизу. Если это одно и то же место, то на противоположной стороне к маховику крепят грузик.

Заключение

Таким образом можно повысить динамические характеристики автомобиля. Двигатель будет лучше набирать обороты. Но данная операция должна обязательно проводиться в комплексе с другим тюнингом мотора.

17 октября 2013

Если позволите каплю эмоций, я не перестаю удивляться, какие страсти разгораются каждый раз, когда разговор в этой колонке заходит о «чистой энергии». Накал прошлонедельной дискуссии об эффективности солнечных батарей (см. «Домашняя энергонезависимость») оказался таким, что, посмотрев со стороны, можно подумать, будто обсуждают большую политику или как минимум сравнивают операционные системы! И лично для меня это лучшее доказательство того, что тема только кажется отработанной и устоявшейся, а на самом деле даже по элементарным вроде бы вопросам (вроде практической пригодности солнечных батарей в облачную погоду) существуют диаметрально противоположные точки зрения. Так что если у вас есть чем крыть, есть цифры, а тем более личный опыт, очень прошу поучаствовать в новой дискуссии. Потому что сегодня я рискну продолжить начатый в две прошедших недели разговор. Ведь энергию Солнца или ветра мало получить, её мало распределить по потребителям, её ещё жизненно важно научиться накапливать!

В самом деле, что проку от той же трёхкиловаттной икеевской солнечной электростанции, занимающей крышу частного дома, если она, способная с избытком удовлетворить потребности целого домохозяйства, работает только в светлое время суток? Идеально было бы накапливать остающийся во время генерации излишек («скушать» три киловатта — не шутка, мало какой бытовой прибор поглощает даже киловатт, и работают такие приборы, как правило, недолго: проточный нагреватель воды, духовка… У меня, правда, греет дом полуторакиловаттный биткойновый риг, но это редкость, согласитесь) и отдавать его по мере надобности ночью. Что ж, предположим, на ночь и сумерки, занимающие, скажем, 18 часов, дому нужны те же самые три киловатта. Значит, бытовой накопитель электроэнергии должен запасти, грубо, 54 киловатт-часа. Много это или мало?

Солнечная электростанция Solana.

Нормально. И решение этой проблемы «в лоб», установкой электрического аккумулятора приемлемых габаритов и эксплуатационных свойств, то есть литий-ионного, уже возможно. Больше того, выпускаются серийные образцы аккумуляторных батарей именно такой ёмкости: это батареи электромобилей – к примеру, знакомого вам Model S от Tesla Motors, базовая комплектация которого включает батарею с ёмкостью 60 кВт•ч. Одна проблема: стоит такое решение 10 тысяч американских долларов, то есть дороже всей солнечной электростанции от той же IKEA. И ценам Элона Маска можно верить: они хоть и собирают свои батареи из чужих элементов (основу производит Panasonic), но используют их не только в автомобилях, а и на бытовых солнечных электростанциях, устанавливаемых компанией Solar City (один из проектов Маска, входит в число крупнейших установщиков солнечных батарей в США). Поскольку спроса на такие батареи, естественно, нет, Solar City пока ограничивается установкой сравнительно небольших аккумуляторов, способных поддержать базовые электропотребности среднего дома лишь на время кратковременных перебоев энергоснабжения.

Но это ещё не все плохие новости. Цифра, которую мы получили выше, можно сказать, обывательская. А профессионалы говорят так: запас энергии в доме должен быть минимум на три (облачных) дня, а лучше – на пять (тогда аккумуляторы прослужат дольше)! Так что в существующем виде электрические аккумуляторы неприемлемы даже для домашних нужд, не говоря уже о мощных электростанциях. Но как же быть? И как выкручиваются проектировщики больших энергогенерирующих объектов?

Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно посмотреть на вводимые в строй суперсовременные «чистые» электростанции. Скажем, на стартовавшую на днях в Штатах станцию Solana — занимающую площадь в несколько квадратных километров и самую мощную на планете (280 МВт, 70 тысяч среднестатистических домохозяйств). Так вот: никакого нанотеха, никаких чудес электрохимии. Всё просто: часть собранного солнечного тепла пускают на нагрев здоровенного резервуара с расплавом соли (некоторые соли, скажем, глауберова, твёрдые в охлаждённом состоянии, переходят в жидкую форму при нагревании), и ночью возвращаемое солью тепло нагревает воду до пара и крутит турбину. И вот это решение (точнее, его масштабы) называют «поворотной точкой для солнечной энергетики»! Вот он, пик чистых технологий XXI века: солевая грелка за два миллиарда долларов!

Solana изнутри: солевая грелка плюс водяной пар.

Это и смешно, и грустно одновременно. Смешно — потому что в задаче аккумуляции энергии мы никак не уйдём от технологий столетней давности. Грустно — потому что решение этой задачи, насколько мне известно, существует давно, а честь открытия и разработки принадлежит нашему соотечественнику. Называется оно странным словом «супермаховик».

Должен предупредить сразу: описывая это творение инженерной мысли, я не могу быть абсолютно объективным. Потому что книга про супермаховик попала в мои руки, когда мне было что-то около десяти лет, и стала одним из кирпичиков, на которых и сформировалось моя любовь к технике. Поэтому ещё раз повторю, что буду рад любым доводам и аргументам. Но — к сути. В далёком 1986 году издательство «Детская литература» (!) выпустило книгу советского изобретателя Нурбея Гулиа «В поисках “энергетической капсулы”» (её копия, как раритетного издания, есть в Сети). С юмором и очень просто Гулиа описывает в ней своё становление инженера (так решили его знакомые: мол, если других талантов нет, дорога одна!) и выход на задачу, которая стала главной в его жизни. Это задача аккумуляции энергии — уже тогда, тридцать лет назад, стоявшая в полный рост. Перебрав механические, термические, электрические, химические решения, заглянув в то, что вскоре станет нанотехнологиями, Гулиа отверг их все по тем или иным причинам — и остановился на идее, известной с древности: массивном вращающемся теле, маховике.

Мы находим маховик везде, от гончарного круга и примитивных водяных насосов до транспортных средств XX века и космических гироскопов. Как аккумулятор энергии он замечателен тем, что его можно быстро разогнать («зарядить») и быстро же остановить (получив значительную мощность «на выходе»). Одна проблема: энергоёмкость его недостаточна, чтобы претендовать на роль универсальной «энергетической капсулы». Плотность запасаемой энергии необходимо увеличить хотя бы в сотню раз. Но как это сделать? Увеличим скорость — маховик разорвёт и запасённая энергия причинит страшные разрушения. Наращивать габариты тоже не всегда возможно. Пропуская многолетний, интереснейший пласт исследований и размышлений (очень рекомендую книгу, читается и сегодня совершенно современно!), собственно вклад Гулиа можно свести к следующему: он предложил делать маховик не монолитным, а навивать — например, из стального троса или ленты. Возрастает прочность, низводятся до ничтожных последствия разрыва, а энергоёмкость даже самодельных образцов превышает параметры промышленных разработок. Эту конструкцию он и назвал супермаховиком (и запатентовал один из первых вариантов ещё в 1964-м).

Прорабатывая идею, он пришёл к мысли навивать маховик из графитового волокна (не забывайте, что фуллерены тогда только получили, а о графене и речи не шло), а то и более экзотических материалов вроде азота. Но даже 20-килограммовый супермаховик из углеродных волокон, технически возможный уже тогда, тридцать лет назад, был способен запасти энергию, достаточную для передвижения легкового автомобиля на 500 километров, со средней стоимостью стокилометрового броска в 60 американских центов.

Углеволоконный супермаховик.

В случае с супермаховиками нет смысла возиться со сравнительными оценками — будь то запасаемая на единицу массы энергия или эксплуатационные характеристики: теоретически они превосходят все имеющиеся альтернативные решения. И области применения напрашивались сами собой. Помещённый в вакуум, на магнитной подвеске, с КПД выше 90%, выдерживающий невообразимое число циклов заряда-разряда, способный работать в широчайших диапазонах температур, супермаховик способен вращаться годами и обещал фантастические вещи: автомобиль от одной зарядки мог бы бегать тысячи километров, а то и весь срок службы, электростанция с упрятанным в фундамент многосотметровым супермаховиком запасала бы энергию, достаточную для освещения всей Земли, и так далее, и так далее. Но вот вопрос: прошло тридцать лет, почему мы же не видим супермаховиков вокруг себя?

Сказать по правде, я не знаю ответа. Технические сложности? Да, и конструкция супермаховика, и плавный отбор энергии — задачи с большой буквы, но они вроде бы решены. Время от времени слышно о мелких, узконишевых применениях. Но именно там, где на него возлагались главные надежды — в энергетике и автомобилестроении — супермаховик массового применения не нашёл. Пару лет назад американская компания Beacon Power ввела в строй небольшую супермаховичную энергоаккумулирующую станцию под Нью-Йорком, но сегодня о проекте ничего не слышно, а сама компания перебивается с хлеба на воду.

Нурбей Гулиа по-прежнему работает над совершенствованием своего детища и год назад отметился сообщением о возможности постройки графенового супермаховика (с расчётной удельной энергоёмкостью 1,2 кВт*ч/кг, то есть на порядок выше литий-ионных аккумуляторов). Но, если я правильно понимаю, коммерческого успеха он добился с другой своей разработкой (супервариатором, оригинальной механической передачей), а вот супермаховик почему-то остаётся под знаком вопроса.

P. S. Я попросил Нурбея Владимировича поучаствовать в дискуссии (хоть надежда, сами понимаете, слабая: на личном сайте его натурально одолевают поклонники).

Источник