TransportationEdit
AutomotiveEdit
W latach 50. autobusy napędzane kołami zamachowymi, znane jako gyrobusy, były używane w Yverdon (Szwajcaria) i Ghent (Belgia), a obecnie trwają badania nad stworzeniem systemów kół zamachowych, które są mniejsze, lżejsze, tańsze i mają większą pojemność. Istnieje nadzieja, że systemy kół zamachowych mogą zastąpić konwencjonalne baterie chemiczne w zastosowaniach mobilnych, takich jak pojazdy elektryczne. Proponowane systemy kół zamachowych wyeliminowałyby wiele wad istniejących systemów zasilania bateryjnego, takich jak niska pojemność, długi czas ładowania, duży ciężar i krótki czas użytkowania. Koła zamachowe mogły być stosowane w eksperymentalnym Chrysler Patriot, choć zostało to zakwestionowane.
Koła zamachowe zostały również zaproponowane do stosowania w przekładniach bezstopniowych. Punch Powertrain pracuje obecnie nad takim urządzeniem.
W latach 90-tych, Rosen Motors opracował seryjny hybrydowy samochodowy układ napędowy zasilany turbiną gazową, wykorzystujący koło zamachowe o prędkości 55 000 obr/min, aby zapewnić nagłe przyspieszenie, którego nie mógł zapewnić mały silnik turbiny gazowej. Koło zamachowe magazynuje również energię podczas hamowania regeneracyjnego. Koło zamachowe składało się z tytanowej piasty z cylindrem z włókna węglowego i było zamontowane kardanowo, aby zminimalizować niekorzystny wpływ żyroskopowy na prowadzenie pojazdu. Prototypowy pojazd przeszedł pomyślnie testy drogowe w 1997 roku, ale nigdy nie był produkowany seryjnie.
W 2013 roku Volvo ogłosiło układ koła zamachowego zamontowany na tylnej osi swojego sedana S60. Podczas hamowania koło zamachowe obraca się z prędkością do 60 000 obr/min i zatrzymuje silnik umieszczony z przodu. Energia z koła zamachowego jest wykorzystywana przez specjalną przekładnię do częściowego lub całkowitego napędzania pojazdu. 20-centymetrowe (7,9 cala), 6-kilogramowe (13 funtów) koło zamachowe z włókna węglowego obraca się w próżni, co eliminuje tarcie. Współpracując z silnikiem czterocylindrowym, oferuje ono do 25 procent redukcji zużycia paliwa w porównaniu do porównywalnego silnika sześciocylindrowego z turbodoładowaniem, zapewniając wzrost mocy o 80 koni mechanicznych (60 kW) i umożliwiając osiągnięcie prędkości 100 kilometrów na godzinę (62 mph) w 5,5 sekundy. Firma nie ogłosiła konkretnych planów włączenia tej technologii do swojej linii produktów.
W lipcu 2014 roku firma GKN nabyła dział Williams Hybrid Power (WHP) i zamierza dostarczyć 500 systemów elektrycznych kół zamachowych Gyrodrive z włókna węglowego operatorom autobusów miejskich w ciągu najbliższych dwóch lat Jak wskazuje dawna nazwa dewelopera, zostały one pierwotnie zaprojektowane do zastosowań w wyścigach samochodowych Formuły 1. We wrześniu 2014 r. firma Oxford Bus Company ogłosiła, że wprowadza 14 autobusów hybrydowych Gyrodrive firmy Alexander Dennis w swojej operacji Brookes Bus.
Pojazdy szynoweEdit
Systemy kół zamachowych zostały wykorzystane eksperymentalnie w małych lokomotywach elektrycznych do manewrowania lub przełączania, np. Lokomotywa Sentinel-Oerlikon Gyro. Większe lokomotywy elektryczne, np. British Rail Class 70, były niekiedy wyposażane we wspomagające koła zamachowe w celu przeniesienia ich nad przerwami w trzeciej szynie. Zaawansowane koła zamachowe, takie jak pakiet 133 kWh z University of Texas w Austin, mogą przenieść pociąg ze stojącego startu do prędkości przelotowej.
Parry People Mover to wagon kolejowy, który jest zasilany przez koło zamachowe. Był on testowany w niedziele przez 12 miesięcy na linii Stourbridge Town Branch Line w West Midlands w Anglii w latach 2006 i 2007 i miał być wprowadzony jako pełna usługa przez operatora kolejowego London Midland w grudniu 2008 r. po zamówieniu dwóch jednostek. W styczniu 2010 r. obie jednostki są w eksploatacji.
Elektryfikacja koleiEdit
FES może być stosowany po stronie linii zelektryfikowanych linii kolejowych, aby pomóc w regulacji napięcia linii, poprawiając w ten sposób przyspieszenie niezmodyfikowanych pociągów elektrycznych oraz ilość energii odzyskiwanej z powrotem do linii podczas hamowania odzyskowego, obniżając w ten sposób rachunki za energię. Próby miały miejsce w Londynie, Nowym Jorku, Lyonie i Tokio, a nowojorska MTA’s Long Island Rail Road inwestuje obecnie 5,2 mln dolarów w projekt pilotażowy na linii LIRR’s West Hempstead Branch.Te próby i systemy przechowują energię kinetyczną w wirnikach składających się z cylindra z kompozytu węglowo-szklanego wypełnionego proszkiem neodymowo-żelazowo-borowym, który tworzy magnes stały. Wirują one z prędkością do 37800rev/min, a każda jednostka o mocy 100 kW może przechowywać 11 megadżuli (3,1 kWh) energii do ponownego wykorzystania, co w przybliżeniu wystarcza do przyspieszenia masy 200 ton metrycznych od zera do 38 km/h.
Zasilacze bezprzerwoweEdit
Systemy magazynowania energii z kołami zamachowymi w produkcji od 2001 roku mają pojemność porównywalną z akumulatorami i szybsze tempo rozładowywania. Są one stosowane głównie do wyrównywania obciążenia dużych systemów bateryjnych, takich jak zasilacze awaryjne dla centrów danych, ponieważ pozwalają zaoszczędzić znaczną ilość miejsca w porównaniu z systemami bateryjnymi.
Koła zamachowe są ogólnie rzecz biorąc o połowę tańsze niż tradycyjne bateryjne systemy UPS. Jedyną czynnością konserwacyjną jest coroczna podstawowa konserwacja zapobiegawcza i wymiana łożysk co pięć do dziesięciu lat, co zajmuje około czterech godzin. Nowsze systemy kół zamachowych całkowicie lewitują masę wirującą przy użyciu bezobsługowych łożysk magnetycznych, eliminując w ten sposób konserwację i awarie łożysk mechanicznych.
Koszty w pełni zainstalowanego zasilacza UPS z kołem zamachowym (w tym kondycjonowanie zasilania) wynoszą (w 2009 r.) około 330 USD za kilowat (za 15 sekund pracy przy pełnym obciążeniu).
Laboratoria testoweEdit
Od dawna niszowym rynkiem dla systemów zasilania z kołami zamachowymi są obiekty, w których testuje się wyłączniki i podobne urządzenia: nawet mały wyłącznik domowy może być oceniony jako przerywający prąd o natężeniu 10000 lub więcej amperów, a większe jednostki mogą mieć wartości znamionowe przerwania 100000 lub 1000000 amperów. Ogromne obciążenia przejściowe wytwarzane przez celowe zmuszanie takich urządzeń do zademonstrowania ich zdolności do przerywania symulowanych zwarć miałyby niedopuszczalny wpływ na lokalną sieć, gdyby testy te były przeprowadzane bezpośrednio z zasilania budynku. Zazwyczaj takie laboratorium będzie miało kilka dużych zespołów silnik-generator, które mogą być rozpędzane do prędkości przez kilka minut; następnie silnik jest odłączany przed testowaniem wyłącznika obwodu.
Laboratoria fizyczneEdit
Eksperymenty fuzji jądrowej Tokamak potrzebują bardzo wysokich prądów w krótkich odstępach czasu (głównie do zasilania dużych elektromagnesów przez kilka sekund).
- JET (Joint European Torus) ma dwa 775-tonowe koła zamachowe (zainstalowane w 1981 r.), które obracają się z prędkością 225 obr/min. Każde koło zamachowe przechowuje 3,75 GJ i może dostarczyć do 400MW.
- ASDEX ma 3 generatory z kołami zamachowymi.
- DIII-D (tokamak) w General Atomics
- Princeton Large Torus (PLT) w Princeton Plasma Physics Laboratory
Również nie-tokamak: synchrotron Nimrod w Rutherford Appleton Laboratory miał dwa 30-tonowe koła zamachowe.
Systemy startowe samolotówEdit
Na lotniskowcu klasy Gerald R. Ford zostaną użyte koła zamachowe do gromadzenia energii z zasilania statku, w celu szybkiego uwolnienia jej do elektromagnetycznego systemu startowego samolotu. Pokładowy system zasilania nie jest w stanie samodzielnie dostarczyć wysokiej mocy transjentów niezbędnych do wystrzelenia samolotu. Każdy z czterech wirników zmagazynuje 121 MJ (34 kWh) przy 6400 obr/min. Mogą one zmagazynować 122 MJ (34 kWh) w ciągu 45 sekund i uwolnić ją w ciągu 2-3 sekund. Gęstość energii koła zamachowego wynosi 28 kJ/kg (8 W-h/kg); łącznie ze stojanami i obudowami sprowadza się to do 18,1 kJ/kg (5 W-h/kg), z wyłączeniem ramy momentu obrotowego.
Koło zamachowe NASA G2 do magazynowania energii statku kosmicznegoEdit
To był projekt finansowany przez Centrum Badań Glenn NASA i przeznaczony do testowania komponentów w środowisku laboratoryjnym. Użyto obręczy z włókna węglowego z tytanową piastą zaprojektowaną do obracania się z prędkością 60,000 rpm, zamontowaną na łożyskach magnetycznych. Waga była ograniczona do 250 funtów. Magazynowanie energii wynosiło 525 W-hr (1,89 MJ) i mogło być ładowane lub rozładowywane z mocą 1 kW. Model roboczy pokazany na zdjęciu u góry strony działał z prędkością 41 000 obr/min w dniu 2 września 2004 r.
Przejażdżki rozrywkoweEdit
Kolejka górska Montezooma’s Revenge w Knott’s Berry Farm była pierwszą na świecie kolejką górską uruchamianą kołem zamachowym i jest ostatnią kolejką tego typu nadal działającą w Stanach Zjednoczonych. Jazda wykorzystuje koło zamachowe o wadze 7,6 tony, aby przyspieszyć pociąg do 55 mil na godzinę (89 km/h) w 4,5 sekundy.
Kolejka górska Incredible Hulk w Universal’s Islands of Adventure posiada gwałtownie przyspieszający start pod górę, w przeciwieństwie do typowego spadku grawitacyjnego. Osiąga się to dzięki potężnym silnikom trakcyjnym, które wyrzucają samochód w górę toru. Aby osiągnąć krótkotrwały, bardzo wysoki prąd wymagany do rozpędzenia pełnego pociągu do pełnej prędkości pod górę, park wykorzystuje kilka zespołów generatorów silnikowych z dużymi kołami zamachowymi. Bez tych jednostek magazynowania energii, park musiałby zainwestować w nową podstację lub ryzykować wyłączenie lokalnej sieci energetycznej za każdym razem, gdy rusza kolejka.
Zasilanie impulsoweEdit
Systemy magazynowania energii z kołami zamachowymi (FESS) znajdują zastosowanie w wielu aplikacjach, od zarządzania energią podłączoną do sieci po zasilacze awaryjne. Wraz z postępem technologicznym następuje szybki remont związany z zastosowaniem FESS. Przykładem może być broń dużej mocy, układy napędowe samolotów i pokładowe systemy zasilania, gdzie system wymaga bardzo dużej mocy przez krótki okres czasu rzędu kilku sekund, a nawet milisekund.Kompensowany alternator impulsowy (kompulsator) jest jednym z najbardziej popularnych wyborów impulsowych źródeł zasilania dla reaktorów termojądrowych, laserów impulsowych o wysokiej mocy oraz wyrzutni elektromagnetycznych o hiperprędkości, ze względu na wysoką gęstość energii i mocy, która generalnie jest przeznaczona dla FESS.Kompulsatory (alternatory o niskiej indukcyjności) działają jak kondensatory, mogą być rozkręcane w celu dostarczenia mocy impulsowej dla dział kolejowych i laserów. Zamiast oddzielnego koła zamachowego i generatora, tylko duży wirnik alternatora magazynuje energię. Zobacz także generator homopolarny.
Sporty motoroweEdit
Używając przekładni bezstopniowej (CVT), energia jest odzyskiwana z układu napędowego podczas hamowania i magazynowana w kole zamachowym. Ta zmagazynowana energia jest następnie wykorzystywana podczas przyspieszania poprzez zmianę przełożenia przekładni CVT. W zastosowaniach w sportach motorowych energia ta jest wykorzystywana raczej do poprawy przyspieszenia niż do redukcji emisji dwutlenku węgla – chociaż ta sama technologia może być stosowana w samochodach drogowych w celu poprawy wydajności paliwa.
Automobile Club de l’Ouest, organizator corocznego 24-godzinnego wyścigu Le Mans i Le Mans Series, obecnie „bada szczegółowe zasady dla LMP1, które będą wyposażone w system odzyskiwania energii kinetycznej.”
Williams Hybrid Power, spółka zależna zespołu Williams F1 Racing, dostarczyła Porsche i Audi system hybrydowy oparty na kole zamachowym do Porsche 911 GT3 R Hybrid i Audi R18 e-Tron Quattro. Zwycięstwo Audi w 2012 24 Hours of Le Mans jest pierwszym dla pojazdu hybrydowego (spalinowo-elektrycznego).
Grid energy storageEdit
Koła zamachowe są czasami wykorzystywane jako krótkoterminowa rezerwa wirująca do chwilowej regulacji częstotliwości sieci i równoważenia nagłych zmian między podażą a zużyciem. Brak emisji dwutlenku węgla, szybsze czasy reakcji i możliwość zakupu energii w godzinach pozaszczytowych to jedne z zalet korzystania z kół zamachowych zamiast tradycyjnych źródeł energii, takich jak turbiny gazowe. Działanie jest bardzo podobne do akumulatorów w tym samym zastosowaniu, ich różnice są przede wszystkim ekonomiczne.
Beacon Power otworzył w 2011 r. w Stephentown w stanie Nowy Jork magazyn energii o mocy 5 MWh (20 MW w ciągu 15 min) wykorzystujący 200 kół zamachowych, a w 2014 r. podobny system o mocy 20 MW w Hazle Township w Pensylwanii.
W 2014 r. otwarto magazyn o mocy 2 MW (na 15 min) z kołami zamachowymi w Minto w prowincji Ontario w Kanadzie. System kół zamachowych (opracowany przez NRStor) wykorzystuje 10 wirujących stalowych kół zamachowych na łożyskach magnetycznych.
Amber Kinetics, Inc. ma umowę z Pacific Gas and Electric (PG&E) na magazyn energii z kołami zamachowymi o mocy 20 MW / 80 MWh zlokalizowany we Fresno, CA o czterogodzinnym czasie rozładowania.
Turbiny wiatroweEdit
Koła zamachowe mogą być wykorzystywane do magazynowania energii wytwarzanej przez turbiny wiatrowe w okresach pozaszczytowych lub podczas dużych prędkości wiatru.
W 2010 roku firma Beacon Power rozpoczęła testy swojego systemu magazynowania energii z kołem zamachowym Smart Energy 25 (Gen 4) na farmie wiatrowej w Tehachapi w Kalifornii. System ten był częścią projektu demonstracyjnego energii wiatrowej/koła zamachowego realizowanego dla Kalifornijskiej Komisji Energetycznej.
ZabawkiEdit
Silniki cierne używane do zasilania wielu zabawkowych samochodów, ciężarówek, pociągów, zabawek akcji i tym podobnych, to proste silniki z kołami zamachowymi.
Prasy przeguboweEdit
W przemyśle prasy przegubowe są nadal popularne. Typowy układ obejmuje bardzo mocny wał korbowy i wytrzymały korbowód, który napędza prasę. Duże i ciężkie koła zamachowe są napędzane przez silniki elektryczne, ale koła zamachowe obracają wałem korbowym tylko wtedy, gdy włączone są sprzęgła.
.