Schwungrad-Energiespeicher-Rechner

Ein Schwungrad speichert Energie als Rotationsenergie. Die ideale gespeicherte Energie entspricht der Hälfte des Trägheitsmoments multipliziert mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit. Dieser Rechner verwendet das Trägheitsmoment in Kilogramm-Quadratmetern und die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute. Er rechnet die Drehzahl in Radiant pro Sekunde um, wertet die Energiegleichung aus und zeigt Joule, Kilojoule sowie Wattstunden an. So lässt sich ein mechanischer Rotor leichter mit elektrischen oder thermischen Speichermengen vergleichen. Das Trägheitsmoment beschreibt die Massenverteilung um die Achse, nicht nur das Gewicht des Schwungrads. Wird dieselbe Masse weiter von der Achse entfernt angeordnet, steigen Trägheitsmoment und gespeicherte Energie bei gleicher Drehzahl. Ein dünner Ring hat ein größeres Trägheitsmoment als eine Vollscheibe gleicher Masse und gleichen Außenradius. Berücksichtigen Sie alle mit der eingegebenen Drehzahl rotierenden Komponenten, etwa Rotor, Nabe, Welle und gekoppelte Bauteile, oder verwenden Sie ein gemessenes Systemträgheitsmoment. Über Getriebe verbundene Komponenten müssen vor der Addition auf eine gemeinsame Wellendrehzahl umgerechnet werden. Die Energie wächst mit dem Quadrat der Drehzahl. Bei unverändertem Trägheitsmoment vervierfacht eine Verdopplung der Drehzahl die Energie, erhöht aber auch die Materialspannungen stark. Reale Konstruktionen werden deshalb durch Zugfestigkeit, Ermüdung, Auswuchtung, Lagerlasten, Rotordynamik, Berstschutz, Vakuumverluste und sichere Höchstdrehzahl begrenzt. Die ideale Berechnung zieht weder Lagerreibung, Luftreibung, Motor-Generator- oder Leistungselektronikverluste noch die Energie ab, die zur Aufrechterhaltung der Mindestbetriebsdrehzahl im Rotor verbleiben muss. Die nutzbare Energie zwischen zwei Betriebsdrehzahlen ist die Differenz der kinetischen Energien bei maximaler und minimaler Drehzahl. Leistung und Energie sind verschieden: Ein Schwungrad kann eine bestimmte Zahl Wattstunden speichern, doch Motor-Generator, Wechselrichter, Lager und thermische Grenzen bestimmen die Lade- und Entladegeschwindigkeit. Nutzen Sie den Rechner für Konzeptentwürfe, Laborübungen, Auslaufschätzungen und Plausibilitätsprüfungen. Schnelllaufende Rotoren können heftig versagen. Praktische Konstruktionen erfordern daher qualifizierte Spannungsanalysen, Überdrehzahlschutz, präzises Auswuchten, geschützte Versuche und einen Berstschutz, der für die maximal plausibel auftretende Rotorenergie ausgelegt ist.