用于飞轮容纳组件的管状容纳部件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于飞轮容纳组件中的管状容纳部件，其中，管状容纳部件通过由不同材料制成的能够容易地构造的层形成，并且其中，容纳壳体由螺旋地缠绕的管状结构构成，所述管状结构通过由一种或多种不同材料制成的层形成。本发明专利技术还涉及一种用于制备这种管状容纳部件的方法。

Tubular accommodating member for flywheel carrying assembly and method of making the same

The invention relates to a flywheel for receiving tubular components in the receiving part, wherein, the receiving unit is easily constructed by tubular can be made of different materials and the layer is formed, which form a tubular structure containing a shell by spiral winding, the tubular structure is made through one or more layers of different materials form. The invention also relates to a method for making such tubular accommodating parts.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于飞轮容纳组件的管状容纳部件及其制备方法
本专利技术涉及一种用于飞轮容纳组件的管状容纳部件，特别是用于高速飞轮(例如，机械飞轮、机电飞轮和用于临时存储能量的电动发动机)的管状容纳部件。本专利技术还涉及一种用于制备一定范围规格的容器的大规模生产的可行方法。
技术介绍
高速机械飞轮、机电飞轮和电动发动机由于其设计使用寿命长以及处理非常高的能量充电率和能量放电率的能力，因而它们越来越多地用作静态和运动情况下的蓄电池储能的替代。然而，按照通常处于20,000至120,000RPM的范围内的工作速度，这些飞轮存储非常大量的动能。如果飞轮出现故障，若容纳壳体因响应而破碎，则通过释放初级旋转飞轮碎片的冲击碎裂和碎片的次级场，这种能量的瞬间释放将对周围设备的完整性和人员造成致命危险。已知旨在针对储能飞轮的机械故障风险而提供的解决方案的大量储能飞轮容纳。例如，在US2005/0188777中，公开了一种容纳组件，其具有大量独立且共轴的圆筒形钢制护罩，在各护罩之间具有振动衰减材料。在US6203924中公开的容纳结构包括大量共轴的圆筒形层，所述圆筒形层具有内部结构层、能量吸收层和外部支撑层，其中对于这些相继层采用不同的材料。最常见的爆破容纳形式是用于燃气涡轮中，其中使用昂贵的航空级材料以在特定的狭窄涡轮叶片盘周围形成能量吸收材料的强固且离散的“箍环”。在典型的燃气涡轮发动机的长度上，可能存在若干狭窄环形层形式的爆破容纳。针对机动车或汽车应用而开发的当前容纳方案通常是使用机器精加工铸铝制成的圆柱体，或者通过从实心钢坯移除屑片而机加工至最终形状。这两个解决方案繁重，并且在所有已知的情况下是定制的，这使得它们造价昂贵并且速度太慢以至于大批量生产不可行。而且，释放存储在飞轮中的动能(对于客车上的小型制动能量回收系统而言所述动能为200kJ的数量级)将使得这种容器会发生破裂和分解，导致二级碎片和可能更危险的碎片场沿着不确定的方向以高的速度飞离设备。专利技术目的本专利技术的一个目的是提供一种成本低廉且易于适应的解决方案，以制备用于飞轮容纳组件的管状容纳部件，在壳体管内的飞轮出现故障时所述管状容纳部件完全能够吸收释放的动能。本专利技术的另一目的是提供一种用于飞轮容纳组件的管状容纳部件，所述管状容纳部件能够完全容纳在使用中旋转的飞轮出现故障时由所述旋转的飞轮形成的碎片。本专利技术的另一目的是提供一种用于飞轮容纳组件的管状容纳部件，所述管状容纳部件使用由不同材料制成的连续且多层的层。本专利技术的另一目的是提供一种用于飞轮容纳组件的管状容纳部件，所述管状容纳部件出于强度和重量的原因而被优化，以便于实现特定飞轮质量和操作速度设计的容纳任务。本专利技术的另一目的是提供一种用于飞轮容纳组件的管状容纳部件，所述管状容纳部件能够毫无困难地被构造成符合容器的特定尺寸和强度需求。本专利技术的又一目的是提供一种用于飞轮容纳组件的管状容纳部件，所述管状容纳部件能够在工业规模大量制备中简单且成本低廉地制备。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，本专利技术的一个或多个目的通过提供一种用于飞轮容纳组件的管状容纳部件而实现，其中，管状容纳壳体部件由不同材料制成的多层构成，其特征在于，管状容纳壳体部件的所述由不同材料制成的多层是螺旋地缠绕在彼此之上的连续层，连续层包括由结构材料制成的第一层以及由一种或多种不同材料制成的一层或多层相继层，其中，管状容纳壳体部件的内壁由第一层的结构材料形成。管状容纳部件通过由不同材料制成的连续层构成，其中“连续”指的是特定材料的带或网连续呈螺旋地缠绕。然而，这并不必然指的是特定材料的每个螺旋缠绕与另一材料相同数量的绕圈。与对于每圈不同材料具有重复的“夹层结构”不同的是，还可以改变容纳部件外侧上或所述外侧附近每圈(多圈)的“夹层结构”的成分。这允许制备用于具有特定尺寸和强度需求的大量飞轮容纳组件的容纳部件。根据本专利技术的螺旋缠绕壳体提供了在特定飞轮设计中处理碎片爆炸能量所需的多个不同层的紧密绕圈。由于各层的“夹层结构”的紧密绕圈，管状容纳部件的壁厚可以小于当前的单片式的“由实心体机加工而成”的容纳壳体，并且因而更轻。同时，由于各层紧密缠绕，就吸收飞轮出现机械故障期间所释放的动能以及阻止故障飞轮的碎片部分完全穿透如此形成的管状容纳部件而言，它们的有效性得以改进。根据本专利技术的另一方面，由结构材料制成的第一层是钢带，其中钢选自包括高强度低合金钢、贝氏体钢、TWIP级以及中碳至高碳钢的组。同样，对于这层而言，规格以及表面硬度特征根据飞轮容纳组件的需求而确定。这个第一层或任何其它钢层的性能还可以进一步通过使用基于化学处理或热处理的表面处理而得以改进，以增强例如韧性或硬度。用于容纳部件“夹层结构”的一层或多层相继层中的一些层的钢通常是具有良好延展性和强度性能的钢，这将导致由所述材料制成的壳体组件通过由于延展钢进行能量吸收而吸收破碎飞轮的碎片的动能以及随着碎片切穿内部钢层所产生的形变而吸收表面能量的一部分。除了提供初始的抗冲击表面，钢材料制成的螺旋地缠绕的第一层或最内层还用作支撑层，以用于支撑由纤维和其它金属材料制成的构成管状容纳部件的相继的夹层结构连续层。所述一层或多层相继层通过由一种或多种材料制成的带或网构成，所述一种或多种材料选自包括铝、铝合金、纤维材料和合金钢的材料组。纤维材料可以是金属纤维材料或塑料纤维材料或其组合。纤维材料包括芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、碳纤维、钢纤维。这些纤维材料用于提供“网”屏障，如果飞轮碎片可能切穿由整个容纳部件提供给碎片的整个360度层状屏障，所述“网”屏障将吸收飞轮碎片的其余动能。一层或多层相继层的金属层通常是高延展性和低强度的金属，所述金属可以提供以作为内层的多块薄板。作为替代，这些金属还可以提供在一层或多层金属相继层中作为波纹金属层，以增加容纳空间，所述波纹金属的空隙可以充满或部分地填充适当地选择的有机、无机或共晶相变材料，所述共晶相变材料将随着因碎片穿过这些层期间局部地产生的热量而从其自然固态变为液态，从而消耗动能。根据本专利技术的又一方面，纤维材料将包括芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、碳纤维和钢纤维的混合物。根据本专利技术的另一方面，这些纤维材料是干分层(drylayered)、湿搁置(wet-laidup)或嵌入在预浸渍的树脂中，从而一旦管状容纳部件成型则进行随后的高温固化。层还可以包括薄板金属和纤维材料的交替，其中，纤维材料可以嵌入在预浸渍的树脂中、干搁置或连续湿搁置以适于容纳需求。根据本专利技术的另一方面，在由纤维材料制成的一层中或者在由纤维材料制成的不同层中，纤维成组地提供并且相对于彼此具有不同的定向以及经纬组合。以这样的方式，形成了“网”结构，其能够捕获已经穿过容纳壳体到达这些纤维层的飞轮碎片。如此形成的第一层和多层相继夹层结构层延伸超过一个整圈，以形成螺旋地缠绕的管状容纳部件。本专利技术还提供了用于飞轮的容纳组件，所述容纳组件包括根据如上说明书的管状容纳部件，其中，容纳部件在相对两侧处安装在端部部件中。根据另一方面，容纳部件被保持在切入至这些端部部件内的凹槽中，所述端部部件相对于容纳部件被轴向夹紧或以其它方式保持在合适的位置处，从而使得爆炸事件期间能量进一步消散—因为容纳部件可能或可能不能够在形成于这些端部部件内的凹槽内“旋转”。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于飞轮容纳组件的管状容纳壳体部件，其中，管状容纳壳体部件通过由不同材料制成的层组成，其特征在于，管状容纳壳体部件的所述由不同材料制成的层是螺旋地缠绕在彼此之上的连续层，连续层包括由结构材料制成的第一层以及由一种或多种不同材料制成的一层或多层相继层，其中，管状容纳壳体部件的内壁由第一层的结构材料形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.11 EP 13004428.21.一种用于飞轮容纳组件的管状容纳壳体部件，其中，管状容纳壳体部件通过由不同材料制成的层组成，其特征在于，管状容纳壳体部件的所述由不同材料制成的层是螺旋地缠绕在彼此之上的连续层，连续层包括由结构材料制成的第一层以及由一种或多种不同材料制成的一层或多层相继层，其中，管状容纳壳体部件的内壁由第一层的结构材料形成。2.根据权利要求1所述的管状容纳壳体部件，其中，由结构材料制成的第一层是钢带，其中，钢选自包括高强度低合金钢、贝氏体钢、TWIP钢等级以及中碳至高碳钢的组。3.根据权利要求1所述的管状容纳壳体部件，其中，所述一层或多层相继层通过由一种或多种材料制成的带或网制成，所述一种或多种材料选自包括铝、铝合金、纤维材料和合金钢的材料组。4.根据权利要求3所述的管状容纳壳体部件，其中，纤维材料包括芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、碳纤维、钢纤维。5.根据权利要求4所述的管状容纳壳体部件，其中，纤维材料被嵌入在已固化树脂中。6.根据权利要求3-5中的任一项所述的管状容纳壳体部件，其中，在由纤维材料制成的一层中或者在由纤维材料制成的不同层中，纤维成组地提供并且相对于彼此具有不同的经纬定向。7.根据权利要求3所述的管状容纳壳体部件，其中，当所述一种或多种材料选自铝、铝合金和合金钢时，一层或多层金属层中的金属是波纹金属。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·苏藤，
申请(专利权)人：塔塔钢铁英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB