飞轮的安全组装和安装制造技术

一种飞轮装置，包括允许利用相对少的步骤异地组装、安全运输并安装飞轮系统的结构。该飞轮包括转子和包围转子的壳体，其中壳体包括底板、顶板和侧壁。底板和顶板各自包括与转子的中心轴线对准的孔。该飞轮还包括基本上覆盖底板和顶板的与转子的中心轴线对准的孔的多个轴承壳体。飞轮还包括物理接触转子的主旋转质量件的柱，以在飞轮系统的运输期间防止转子的运动。这些柱中的一些或全部可以在安装期间被重新定位或移除，以便转子可以自由地旋转。

Safety assembly and installation of flywheels

A flywheel device that includes the structure that allows the use of relatively small steps to assemble, safely transport and install the flywheel system. The flywheel consists of a rotor and a shell encircling the rotor, in which the shell consists of a floor, a roof and a side wall. The bottom plate and the top plate each include a hole aligned with the central axis of the rotor. The flywheel also includes a plurality of bearing shells that basically cover the bottom and the top plate with the holes aligned with the central axis of the rotor. The flywheel also includes a column of the main rotating mass of the rotor that physically contacts the rotor to prevent the movement of the rotor during the transportation of the flywheel system. Some or all of these columns can be repositioned or removed during installation so that the rotor can be freely rotated.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】飞轮的安全组装和安装政府权利说明本专利技术根据由美国能源部给予的合同OE-0000232在政府的支持下完成。该政府对本专利技术具有一定的权利。
本说明书总体上涉及能量储存，并且更具体地涉及飞轮的组装、运输和安装。
技术介绍
许多能源、特别是诸如风力涡轮机和太阳能板的清洁能源，产生暂时不匹配所经受的负载的能量。在大多数发达国家，能源的产生遵循所经受的负载，从而根据需要提供能源。在高负载的情况下，诸如使用峰值发电机和在热发电机上的自动发电控制(AGC)的技术允许与高的且可变的负载相匹配地发电。然而，尽管此类技术具有可用性，但是经常存在能量储存对于满足能量负载是重要的情况。目前存在的能量储存系统都具有这样那样形式的缺点。在设计能量储存系统时，尺寸、价格、储存效率、功效和安全性都是关注点。通常，较小的尺寸、较低的价格、在输入用于储存的能量和提取用于分配的能量中的减少的损失、连续操作的减少的损失、以及安全处理都是储能系统的优选特征。结合转子的飞轮机构是将能量储存为旋转动能的一种储能系统。飞轮转子是加重的旋转对称的质量件，其在直接或间接地物理耦合到电动机/交流发电机时旋转，该电动机/交流发电机本身电耦合到构成AC-AC转换子系统的转换器，诸如背对背逆变器系统。当接收电力以储存时，驱动转子从而增加飞轮转子的旋转速度。当提取电力时，飞轮转子驱动电动机/交流发电机。飞轮转子旋转得越快，储存的能量就越多。可以储存在飞轮转子中的能量的量取决于转子的质量、强度特性、循环疲劳特性和形状等其他因素的组合。通常，飞轮的轴承和悬吊子系统被设计成使由于摩擦、热量和其他损失源而引起的能量损失最小。现代飞轮系统是沉重复杂的机器，其包括若干精巧且仔细对准的部件。对飞轮系统的组装、运输和/或安装是不平凡的任务。通常，飞轮系统可以在安装地点组装，也可以在工厂组装并然后运输到安装地点。如果飞轮系统在安装地点组装，则组装飞轮系统所需的装备和专业人员将需要运输到安装地点。这可能在成本和空间上受到限制。如果飞轮系统在工厂组装，则需要将组装好的飞轮系统运输到安装地点。因为飞轮系统的内部部件可能在运输期间四处移动，所以组装的飞轮系统的运输对组装的系统造成风险。例如，飞轮转子可能摇动并碰撞其他部件，从而损坏转子或其他部件。另外，转子的运动可能导致由转子的轴承所经受的负载大于转子的重量。这可以潜在地损坏轴承。因此，正是基于这些和其他考虑，做出了本专利技术。
技术实现思路
飞轮装置包括用于存储能量的飞轮转子，以及允许利用相对少的步骤异地组装、安全地运输和安装飞轮的附加结构。该飞轮包括用于存储能量的转子，其中该转子包括主旋转质量件和沿转子的中心轴线延伸的轴颈。飞轮还包括包围着转子的壳体，其中壳体包括底板、顶板和侧壁。底板和顶板各自包括与转子的中心轴线对准的孔。飞轮还包括多个轴承壳体，这些轴承壳体基本上填充与转子的中心轴线对准的底板和顶板的孔。飞轮还包括多个柱，这些柱能够物理地接触转子的主旋转质量件，以在飞轮组件的运输期间防止转子的运动。这些柱中的一些或全部可以在安装期间被重新定位或移除，使得转子可以自由地旋转。本专利技术的其他方面包括如本文所述的在运输之前和之后用于组装和安装飞轮的方法。在某些实施例中，飞轮包括使上轴承能够支撑向下的推力的上轴承组件。上轴承组件包括顶部轴承、轴承壳体、轴承锁定盖、备用推力轴承和盖。备用推力轴承在不寻常的竖直运动的情况下接收向上的推力负载。附图说明所公开的实施例具有从详细描述、所附权利要求和附图(或图)中将更容易地显而易见的其他优点和特征。下面为附图的简要介绍。图1是根据一个实施例的飞轮储能系统的框图。图2A是根据一个实施例的处于其操作状态下的飞轮的横截面图。图2B是根据一个实施例的处于运输期间的飞轮的横截面图。图3是根据一个实施例的用于组装和安装飞轮的示例性过程。图4A至图4D是根据一个实施例的在组装和安装过程的不同阶段的飞轮的横截面图。图5是根据一个实施例的用于安装飞轮的示例性过程。图6A至图6B是根据一个实施例的在安装过程的不同阶段的飞轮的横截面图。图7是被称为翻转轴承设计的上轴承组件的实施例的简化横截面图。附图仅出于说明的目的描绘了本专利技术的实施例。本领域技术人员将从下面的讨论中容易地认识到，在不脱离本文描述的本专利技术的原理的情况下，可以采用本文所示的结构和方法的替代实施例。具体实施方式飞轮储能系统图1是根据一个实施例的飞轮储能系统100(也称为飞轮系统100)的框图。飞轮系统100包括飞轮机构或装置130，或简称为飞轮130，其包括如下文所讨论的转子和壳体、电动机/交流发电机140、功率转换器120和可以是交流或直流(AC或DC)电线150。例如，电线150可以是常规的三相60HzAC电线。在某些实施例中，功率转换器120将输入的交流电转换成电动机/交流发电机140可接受的交流电。或者，在其他实施例中，转换器120将来自电动机/交流发电机140的交流电转换成直流电输出。电动机/交流发电机140在电能和机械能之间进行转换，使得可以将能量储存在飞轮130中或从飞轮130取出。电动机/交流发电机140例如使用轴直接地耦合到飞轮130，或者例如使用连接到轴承的短轴间接地耦合到飞轮130。电动机/交流发电机140经由电线或其他电耦合件耦合到飞轮系统100的其余部分。通常，尽管仅示出每个部件中的一个，但是实际上飞轮系统100可以包括每个单独部件的多个部件。飞轮结构图2A是根据一个实施例的处于其操作状态下的飞轮130的横截面图。也就是说，图2A的飞轮130是被显示为在组装和安装过程完成之后。飞轮130包括在壳体201内的转子205。壳体201包括底板221、顶板223和侧壁225。壳体201通常被成形为容纳转子205，提供足够的内部容积以允许转子205自由地旋转。壳体201可以是圆柱形的形状，尽管其他形状也是可能的。顶板221和底板223各自包括与中心旋转轴线230对准的至少一个孔。与中心旋转轴线230对准的孔中的每个基本上由轴承壳体填充。下轴承壳体209容纳下轴承207，并且上轴承壳体217容纳上轴承215。上轴承组件220指的是上轴承壳体217连同上轴承215。在下文中参照图7描述上轴承组件的替代实施例。转子205用于将能量储存为动能。转子205基本上围绕中心旋转轴线230旋转对称。转子的主旋转质量件的形状有助于确保由于旋转时施加在转子上的旋转力而引起的应力的几乎均匀的分布。转子205联接到将转子联接到支撑转子的轴承的两个短轴：下短轴227和上短轴229，同时允许围绕中心轴线的不受约束的旋转。电动机/交流发电机的电磁转子也可以安装在短轴中的一个或两个上。电动机/交流发电机的目的是在转子205和电域之间传递能量。如本文所使用的，术语短轴指的是联接到转子205的一侧的相对较短的轴。虽然图2A至图2B所示的实施例采用两个短轴，但是在其他实施例中，可以使用单个短轴或两个短轴。短轴227和229经由沿转子的中心旋转轴线延伸的轴颈而联接到转子205。转子205通过下轴承207和上轴承215保持在壳体201内的适当位置。轴承207、215还允许转子205以尽可能小的摩擦自由地旋转。例如，可以使用滚珠轴承。在这种情况下，轴承包括物理地附接到飞轮壳体201的外环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞轮装置，包括：转子，所述转子用于存储能量，所述转子包括主旋转质量件，所述转子连接到至少一个轴；壳体，所述壳体包围所述转子，所述壳体包括顶板、底板和侧壁，所述顶板和所述底板具有多个孔，其中在每个板中，所述多个孔中的一个与所述转子的所述中心轴线对准；至少一个轴承壳体，每个所述轴承壳体基本上填充在每个板中的与所述转子的所述中心轴线对准的所述多个孔中的一个，每个所述轴承壳体包括联接到至少一个轴的轴承；多个柱，所述柱物理地接触所述转子的所述主旋转质量件，以在所述飞轮组件的运输期间防止所述转子的运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.26 US 62/185,4411.一种飞轮装置，包括：转子，所述转子用于存储能量，所述转子包括主旋转质量件，所述转子连接到至少一个轴；壳体，所述壳体包围所述转子，所述壳体包括顶板、底板和侧壁，所述顶板和所述底板具有多个孔，其中在每个板中，所述多个孔中的一个与所述转子的所述中心轴线对准；至少一个轴承壳体，每个所述轴承壳体基本上填充在每个板中的与所述转子的所述中心轴线对准的所述多个孔中的一个，每个所述轴承壳体包括联接到至少一个轴的轴承；多个柱，所述柱物理地接触所述转子的所述主旋转质量件，以在所述飞轮组件的运输期间防止所述转子的运动。2.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于，所述主旋转质量件沿远离所述中心旋转轴线的极轴线向外延伸。3.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于，连接到所述转子的所述至少一个轴中的每个轴是短轴，并且其中所述转子的每一侧具有联接到对应的短轴的轴颈。4.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于，所述多个柱包括多个顶部柱，所述多个顶部柱各自穿过在所述顶板中的所述孔中的一个。5.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于，所述多个柱包括多个底部柱，其中每个底部柱附接到所述底板。6.根据权利要求5所述的飞轮装置，其特征在于，进一步包括：支撑塞，所述支撑塞螺纹地附接到所述轴承壳体中的一个底部的轴承壳体，以提升所述轴承的一个底部的轴承以及提升所述转子，以离开所述底部柱。7.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于，所述壳体被气密地密封，以允许在所述壳体内生成真空。8.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于，所述转子由铁磁材料制成，并且进一步包括：磁性卸载器，所述磁性卸载器附接到所述板中的所述一个，所述磁性卸载器产生电磁场，所述电磁场减小所述转子在所述轴承中的一个底部轴承上的负载。9.根据权利要求8所述的飞轮装置，其特征在于，所述磁性卸载器附接到所述壳体的所述顶板。10.根据权利要求8所述的飞轮装置，其特征在于，所述磁性卸载器附接到所述壳体的所述底板。11.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于，进一步包括上轴承组件，其中所述上轴承组件包括：轴承壳体，所述轴承壳体基本上填充与所述转子的所述中心垂直轴线对准的在所述顶板中的孔；顶部轴承，所述顶部轴承与顶轴联接，在所述顶部轴承中，所述顶轴与所述转子联接；以及轴承锁定盖，所述轴承锁定盖在所述顶部轴承上方，所述轴承锁定盖将所述顶部轴承保持在所述顶轴上，并且搁置在所述顶部轴承上，从而在所述飞轮的操作期间将向下的推力...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·孙，D·贝克霍尔汀，E·Y·齐奥，M·B·加腾，M·何，M·J·浩罗威，S·R·桑德斯，M·K·塞内斯基，A·M·斯莱德，P·T·特奈森，
申请(专利权)人：安珀动力能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US