Vad är ett svänghjul?

Ett svänghjul är ett enkelt roterande hjul som används för att lagra energi eller stabilisera något. Energin som den lagrar är lika med dess tröghetsmoment - en fysiktermer som i princip betyder att objektets massa gånger kvadratet på dess avstånd från rotationsaxeln - gånger kvadratet för dess vinkelhastighet dividerat med 2. Svänghjul hjälper stabilisera drivaxlar som utsätts för växelvis tryck, till exempel kolvmotorer eller kolvpumpar. Den stabiliserande effekten kommer från svänghjulet som motstår förändringar i dess rotationshastighet.

Svänghjul används som kraftlagringsenheter för högeffektiva vetenskapliga experiment som skulle ge en oacceptabel spindel om man tar bort ström från elnätet. Sådana svänghjulsbatterier kan arbeta i vakuum för att förhindra energiförluster på grund av luftfriktion och kommer att regelbundet rusas upp igen för att kompensera för förlorad rotationshastighet på grund av energispridning från värme och vibrationer. Bra svänghjulskonstruktioner sprider så lite värme och vibrationer som möjligt och behåller energi för målapplikationen.

Ett svänghjul lagrar olika mängder energi beroende på dess massa och rotationshastighet. Till exempel har ett cykelhjul en massa av cirka 1 kg (2,2 pund), diameter på cirka 70 cm (28 tum) och en rotationshastighet på cirka 150 varv / min (rotationer per minut). Detta ger en lagrad energi på 15 J (joule). Tänk sedan på ett hjul på ett tåg som rör sig på 37 km / h med en massa av 942 kg (2.076 lb), en diameter på 1 m (3.3 ft) och en rotationshastighet på 318 varv / minut. Detta svänghjul skulle ha en rotationsenergi på cirka 64 kJ (kilojoules), ungefär 43 000 gånger större än cykelhjulet.

Svänghjulsbatterier avsedda för energilagring har energier mycket större än båda dessa tidigare exempel, främst på grund av extrema rotationshastigheter. Ett exempel från ett svänghjulsföretag i Ottawa har en massa på 100 kg (220 lb), en diameter på 60 cm (27 tum) och en rotationshastighet på 20 000 varv / minut. Detta svänghjulsbatteri kan lagra cirka 10 MJ (megajoule), tillräckligt för att tända 100 100-watts glödlampor under 1 000 sekunder. Denna design av svänghjulsbatteri är inte mycket större än ett kylskåp. Ett ännu större svänghjul, av den typ som används som reservkraft, kan innehålla 100 MJ kraft. Dessa typer av svänghjul kan användas av kasinon, sjukhus, datacentra eller i branschen för att upprätthålla makten i händelse av fel eller fluktuationer i input.