vauhtipyörät

Vauhtipyörä on pyörivä koneen osa, joka varastoi kineettistä energiaa pyörimisliikkeessä. Sen päätehtävä on tasoittaa kuorman aiheuttamia teho- ja nopeusvaihteluita sekä tarjota lyhytaikaista energiaa suurten kuormien muuttuessa.

Perusperiaate: Energiavarasto on E = 1/2 I ω^2, jossa I on kiertomomentti ja ω kulmanopeus. Kiertomomentti riippuu massan jakaantumisesta; esimerkkejä ovat I = 1/2 m r^2 homogeeniselle levylle ja I = m r^2 ohuelle renkaalle. Suurempi I mahdollistaa suuremman energia-varastoinnin samalla nopeudella.

Rakenne ja materiaalit: Vauhtipyöriä valmistetaan yleisesti teräksestä tai valurautasta; suurempaa kiertomomenttia tavoitellaan sijoittamalla massa ulommas akselista. Nykyään käytetään myös kevyempiä komposiitteja, kuten hiilikuitua, mikä parantaa sekä kestävyyttä että suurimpia nopeuksia.

Laakerointi ja ympäristö: Tehokkaamman toiminnan vuoksi käytetään usein magneettisia laakereita ja tyhjiötilaa, jolloin ilmanvastus ja kitka vähenevät. Turvallisuuden vuoksi vauhtipyörät on sijoitettu kestävään koteloon, joka estää sirpaleiden leviämisen rikkoutumisen sattuessa.

Käyttökohteet: Vauhtipyöriä käytetään moottoreissa ja teholaitteissa tehostamaan voiman siirtoa sekä tasoittamaan kuormalyönteitä. Suuret flywheelet mahdollistavat energian varastoinnin verkon tarvitessa nopeaa elpymistä sekä käytännön tehosäätöä.

Hyöty ja rajoitteet: Vauhtipyörät tarjoavat nopean vasteen ja hyvän energianvaraston tiheyden, mutta niiden energian tiheys on rajallinen verrattuna kemialliseen varastointiin. Turvallisuus ja materiaalien kestokyky asettavat käytön rajat.