Wat is een vliegwiel?

Een vliegwiel is een eenvoudig roterend wiel dat wordt gebruikt om energie op te slaan of iets te stabiliseren. De energie die het opslaat is gelijk aan zijn traagheidsmoment - een fysische term die in feite de massa van het object betekent maal het kwadraat van zijn afstand tot de rotatieas - maal het kwadraat van zijn hoeksnelheid gedeeld door 2. Vliegwielen helpen stabiliseer aandrijfassen die onder wisselende druk staan, zoals zuigermotoren of zuigerpompen. Het stabiliserende effect komt van het vliegwiel dat weerstand biedt tegen veranderingen in de rotatiesnelheid.

Vliegwielen worden gebruikt als energieopslagapparaten voor krachtige wetenschappelijke experimenten die een onacceptabele stroomstoot zouden veroorzaken als de stroom uit het elektriciteitsnet wordt verwijderd. Dergelijke vliegwielbatterijen kunnen in een vacuüm werken om energieverlies door luchtwrijving te voorkomen en worden periodiek weer versneld om te compenseren voor verloren rotatiesnelheid als gevolg van energiedissipatie door warmte en trillingen. Goede vliegwielontwerpen zullen zo weinig mogelijk warmte en trillingen afvoeren, waardoor energie wordt behouden voor de beoogde toepassing.

Een vliegwiel slaat verschillende hoeveelheden energie op, afhankelijk van zijn massa en rotatiesnelheid. Een fietswiel heeft bijvoorbeeld een massa van ongeveer 1 kg (2,2 lb), een diameter van ongeveer 70 cm (28 in) en een rotatiesnelheid van ongeveer 150 rpm (rotaties per minuut). Dit komt neer op een opgeslagen energie van 15 J (joule). Overweeg vervolgens een wiel op een trein die beweegt met 60 km / u (37 mph), met een massa van 942 kg (2.076 lb), een diameter van 1 m (3.3 ft) en een rotatiesnelheid van 318 rpm. Dit vliegwiel zou een rotatie-energie hebben van ongeveer 64 kJ (kilojoule), ongeveer 43.000 keer groter dan het fietswiel.

Vliegwielbatterijen voor energieopslag hebben een energie die veel groter is dan deze beide vorige voorbeelden, voornamelijk vanwege extreme rotatiesnelheden. Een voorbeeld gemaakt door een vliegwielbedrijf in Ottawa heeft een massa van 100 kg (220 lb), een diameter van 60 cm (27 in) en een rotatiesnelheid van 20.000 tpm. Deze vliegwielbatterij kan ongeveer 10 MJ (megajoule) opslaan, genoeg om 100 100 watt gloeilampen gedurende 1000 seconden aan te steken. Dit ontwerp van de vliegwielbatterij is niet veel groter dan een koelkast. Een nog groter vliegwiel, van het type dat wordt gebruikt als back-up voor elektrische stroom, kan 100 MJ vermogen bevatten. Dit soort vliegwielen kan door casino's, ziekenhuizen, datacenters of in de industrie worden gebruikt om stroom te behouden in geval van een storing of fluctuaties in de invoer.