本发明专利技术公开了一种分层固化储能飞轮及其制造方法，所述的飞轮包括轮毂和在轮毂的外圆侧缠绕的多层固化纤维层，第一纤维层的材料为玻璃纤维或者芳纶纤维，其余各层材料为高模量、高强度的碳纤维。所述的制造方法包括在轮毂的外圆侧依次缠绕多层固化纤维层；从第一纤维层至第十纤维层，各层依次缠绕、固化，基体采用环氧树脂；各层依次缠绕时，应施加一定的预应力。本发明专利技术结构合理、工艺简单，能够有效地提升飞轮的最大工作转速，飞轮储能密度高，不易发生径向层间分离。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，所述的飞轮包括轮毂和在轮毂的外圆侧缠绕的多层固化纤维层，第一纤维层的材料为玻璃纤维或者芳纶纤维，其余各层材料为高模量、高强度的碳纤维。所述的制造方法包括在轮毂的外圆侧依次缠绕多层固化纤维层；从第一纤维层至第十纤维层，各层依次缠绕、固化，基体采用环氧树脂；各层依次缠绕时，应施加一定的预应力。本专利技术结构合理、工艺简单，能够有效地提升飞轮的最大工作转速，飞轮储能密度高，不易发生径向层间分离。【专利说明】—种分层固化储能飞轮及其制造方法
本专利技术属于一种储能飞轮，具体涉及。
技术介绍
飞轮储能技术具有快速充放电、瞬时功率大、效率高、寿命长、无污染的优点，是目前最具发展前景的物理储能方式之一。为了追求更高的储能密度，要求飞轮具有尽可能高的线速度，飞轮材料的发展经历了金属合金到复合材料两个阶段。 目前，金属合金如优质钢、高强铝合金的飞轮，在升速过程中环向应力容易超过环向强度导致飞轮结构破坏，复合材料如玻璃纤维增强树脂、碳纤维增强树脂的飞轮，在升速过程中径向应力容易超过径向强度导致飞轮径向开裂。为了利用复合材料轻质、高强的特点，同时克服飞轮径向强度较小的弱点，有学者提出过多层飞轮过盈装配结构，但是过盈装配工艺复杂、效率低、结构可靠性差。同时，由于飞轮储能密度与飞轮转动惯量正相关，飞轮靠近中心部分的质量对储能贡献不大。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供。 本专利技术的技术方案是:一种分层固化储能飞轮，包括轮毂和在轮毂的外圆侧缠绕的多层固化纤维层，所述的轮毂包括外筒和内筒，在外筒和内筒之间设置有辐射状、均布的多个连接板，在内筒的内部形成轴孔，在轮毂的外圆侧依次缠绕第一纤维层、第二纤维层、至第十纤维层。 所述的轮毂、外筒、内筒和连接板的材料均选用优质钢或者高强铝合金。 所述的第一纤维层的材料为玻璃纤维或者芳纶纤维，其余各层材料为高模量、高强度的碳纤维。 一种分层固化储能飞轮的制造方法，包括以下步骤:(i)首先制作轮毂，在外筒和内筒之间沿圆周焊接辐射状、均布的多个连接板；(? )在轮毂的外圆侧依次缠绕多层固化纤维层，从第一纤维层开始至第十纤维层，每一层纤维的弹性模量均大于相邻内侧层的弹性模量；(iii)从第一纤维层至第十纤维层，各层依次缠绕、固化，基体采用环氧树脂，固化温度为80°C?150°C、固化时间为8?24小时，每层纤维层的厚度在20?40mm之间；(iv)各层依次缠绕时，应施加一定的预应力，纤维预施加的预应力由内向外逐层递减，预施加的预应力控制在50?200牛顿之间。 所述的第二纤维层至第十纤维层的材料分别为T-300、T-700、T-800、M35、M40、M45、M50、M55、M60。 本专利技术的有益效果为:本专利技术结构合理、制作工艺简单，能够有效地提升飞轮的最大工作转速，飞轮储能密度高。比常规不分层飞轮，各层厚度小，层内径向应力水平低，不易发生径向层间分离，由于外侧层弹性模量大于相邻内侧层，飞轮层间不会发生松脱失效。飞轮中心采用轮毂结构，对储能密度影响较小的同时减轻了飞轮的质量。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术分层固化储能飞轮的主视剖面图(图2中沿A-A线剖面)；图2是本专利技术分层固化储能飞轮的俯视图。 其中: I 飞轮轮毂2 固化纤维层 2-1第一纤维层2-2 第二纤维层 2-9第九纤维层2-10第十纤维层 3 外筒4 内筒 5连接板6 轴孔。 【具体实施方式】 下面，结合附图和实施例对本专利技术的一种分层固化储能飞轮进行详细说明:如图1、2所示，一种分层固化储能飞轮结构，包括轮毂I和在轮毂I的外圆侧缠绕的多层固化纤维层2，本专利技术共十层。其中，轮毂I包括外筒3和内筒4，在外筒3和内筒4之间设置有辐射状、均布的多个连接板5，本专利技术为八个。连接板5和外筒3和内筒4之间焊接连接，在内筒4的内部形成轴孔6，轮毂1、外筒3、内筒4和连接板5的材料均选用优质钢或者高强铝合金。 在轮毂I的外圆侧依次缠绕第一纤维层2-1、第二纤维层2-2、至第九纤维层2-9、第十纤维层2-10。 其中，第一纤维层2-1的材料为玻璃纤维或者芳纶纤维，其余各层材料为高模量、高强度的碳纤维。 一种分层固化储能飞轮的制造方法，包括以下步骤: (i)首先制作轮毂1，在外筒3和内筒4之间沿圆周焊接辐射状、均布的多个连接板5，本专利技术为八个连接板5，轮毂1、外筒3、内筒4和连接板5的材料均选用优质钢或者高强铝 I=1-Wl O (ii)在轮毂I的外圆侧依次缠绕多层固化纤维层2，从第一纤维层2-1开始至第十纤维层2-10，其中第一纤维层2-1的材料为玻璃纤维或者芳纶纤维，其余各层材料均为高模量、高强度的碳纤维。 (iii)从第一纤维层2-1至第十纤维层2-10，各层依次缠绕、固化，基体采用环氧树脂，具体固化温度和时间可根据所采用的环氧树脂种类确定，一般固化温度为80°C?150°C、固化时间为8?24小时,每层纤维层的厚度在20?40mm之间，一般取30mm。 (iv)各层依次缠绕时，应施加一定的预应力，纤维预施加的张力由内向外逐层递减，防止飞轮升速过程中各层间发生松脱失，施加的预应力大小可根据所采用的碳纤维种类确定，一般控制在50?200牛顿之间。 所述的第二纤维层2-2至第十纤维层2-10的材料分别为T-300、T-700、T-800、M35、M40、M45、M50、M55、M60，上述材料市售。 本专利技术结构合理、制作工艺简单，能够有效地提升飞轮的最大工作转速，飞轮储能密度高。比常规不分层飞轮，各层厚度小，层内径向应力水平低，不易发生层内径向开裂，由于外侧层弹性模量大于相邻内侧层，飞轮层间不会发生松脱失效。飞轮中心采用轮毂结构，对储能密度影响较小的同时减轻了飞轮的质量。【权利要求】1.一种分层固化储能飞轮，包括轮毂(I)和在轮毂(I)的外圆侧缠绕的多层固化纤维层(2)，其特征在于:所述的轮毂(I)包括外筒(3)和内筒(4)，在外筒(3)和内筒(4)之间设置有辐射状、均布的多个连接板(5)，在内筒(4)的内部形成轴孔(6)，在轮毂(I)的外圆侧依次缠绕第一纤维层(2-1)、第二纤维层(2-2)、至第十纤维层(2-10)。2.根据权利要求1所述的一种分层固化储能飞轮，其特征在于:所述的轮毂(I)、外筒(3 )、内筒(4 )和连接板(5 )的材料均选用优质钢或者高强铝合金。3.根据权利要求1所述的一种分层固化储能飞轮，其特征在于:所述的第一纤维层(2-1)的材料为玻璃纤维或者芳纶纤维，其余各层材料为高模量、高强度的碳纤维。4.按照权利要求1所述的分层固化储能飞轮的制造方法，其特征在于:包括以下步骤: (i)首先制作轮毂(1)，在外筒(3)和内筒(4)之间沿圆周焊接辐射状、均布的多个连接板(5)； (ii)在轮毂I的外圆侧依次缠绕多层固化纤维层(2)，从第一纤维层(2-1)开始至第十纤维层(2-10)，每一层纤维的弹性模量均大于相邻内侧层的弹性模量； (iii)从第一纤维层(2-1)至第十纤维层(2-10)，各层依次缠绕、固化，基体采用环氧树月旨，固化温度为80°C?150°C、固化时间为8?本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分层固化储能飞轮，包括轮毂（1）和在轮毂（1）的外圆侧缠绕的多层固化纤维层（2），其特征在于：所述的轮毂（1）包括外筒（3）和内筒（4），在外筒（3）和内筒（4）之间设置有辐射状、均布的多个连接板（5），在内筒（4）的内部形成轴孔（6），在轮毂（1）的外圆侧依次缠绕第一纤维层（2‑1）、第二纤维层（2‑2）、至第十纤维层（2‑10）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨福江，吴雷，杨子龙，
申请(专利权)人：核工业理化工程研究院，
类型：发明
国别省市：天津;12
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