高速飞轮在故障态下的防护装置及飞轮储能机组制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速飞轮在故障态下的防护装置及飞轮储能机组，其中该装置包括外环柱、内环柱、多个外瓦片和多个内瓦片；所述内环柱同轴向地设置在所述外环柱内；多个所述外瓦片和多个所述内瓦片均具有凹面，多个所述外瓦片和多个所述内瓦片设置在所述内环柱与所述外环柱之间，多个所述外瓦片的凹面朝向所述内环柱且多个所述外瓦片两两相邻环向设置，多个所述内瓦片的凹面朝向所述外环柱且多个所述内瓦片两两相邻环向设置，每一所述外瓦片相对的两边部分别抵接在相邻两个所述内瓦片的凹面上，每一所述内瓦片相对的两边部分别抵接在相邻两个所述外瓦片的凹面。该装置能有效消耗飞轮储能机组的故障轴系的动能，大幅度降低轴系解体的风险。

Protective Device and Flywheel Energy Storage Unit of High Speed Flywheel in Fault State

【技术实现步骤摘要】
高速飞轮在故障态下的防护装置及飞轮储能机组
本专利技术涉及飞轮储能机组旋转结构件的安全防护
，尤其涉及一种高速飞轮在故障态下的防护装置及飞轮储能机组。
技术介绍
飞轮储能机组一般采用高速轴系，高速轴系包括大转动惯量飞轮、高速电机转子、轴承，高速轴系存在结构强度破坏、轴承系统失效的风险，因旋转系统具有很大的动能，尤其是圆周速度最高的飞轮部件，飞轮偏离轴线高速旋转或飞轮局部结构分离出飞逸部件，可能导致严重的设备损坏甚至危及人身安全。为控制风险，首先要采用正确的结构力学计算分析方法，准确计算得到飞轮电机轴系旋转部件的应力应变-载荷特性数据，防止强度破坏。其次是采用正确的轴系动载荷计算方法，准确计算轴承的使用寿命，定期维护轴承系统，防止轴承失效引起轴系与静止部件碰摩引发严重故障。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种高速飞轮在故障态下的防护装置，能有效消耗飞轮储能机组的故障轴系的动能，大幅度降低飞轮储能机组轴系解体的风险。根据本专利技术第一方面实施例的高速飞轮在故障态下的防护装置，包括：外环柱；内环柱，所述内环柱同轴向地设置在所述外环柱内；多个外瓦片和多个内瓦片，多个所述外瓦片和多个所述内瓦片均具有凹面，多个所述外瓦片和多个所述内瓦片设置在所述内环柱与所述外环柱之间，多个所述外瓦片的凹面朝向所述内环柱且多个所述外瓦片两两相邻环向设置，多个所述内瓦片的凹面朝向所述外环柱且多个所述内瓦片两两相邻环向设置，每一所述外瓦片相对的两边部分别抵接在相邻两个所述内瓦片的凹面上，每一所述内瓦片相对的两边部分别抵接在相邻两个所述外瓦片的凹面，从而形成片瓦叠扣结构。根据本专利技术第一方面实施例的高速飞轮在故障态下的防护装置，该防护装置应用在飞轮储能机组上时，将该防护装置套设在飞轮轮缘外周面外，并确保防护装置的内环柱的内周面与飞轮轮缘外周面之间具有间隙。当高速旋转的飞轮出现故障时，在飞轮径向位移超过飞轮轮缘外周面与防护装置的内环柱的内周面之间的间隙的情况下，飞轮与防护装置之间径向发生摩擦，最终耗散飞轮的旋转能量。当高速旋转的飞轮局部结构脱离，形成飞逸块体，飞逸块体直接碰撞防护装置的内环柱，内环柱与飞逸块体交换能量，吸收故障飞轮能量。由于片瓦叠扣结构具有强大的塑性变形容量，内环柱带动片瓦叠扣结构径向变形，环向摩擦，吸收内环柱接收到的飞轮能量。片瓦叠扣结构带动外环柱与飞轮壳体内壁摩擦滑动，从而使防护装置吸收了飞逸块体的能量，通过摩擦、碰撞消耗掉。由此，本专利技术第一方面实施例的防护装置能有效消耗飞轮储能机组的故障轴系的动能，大幅度降低飞轮储能机组轴系解体的风险，避免发生严重故障。根据本专利技术第一方面的一个实施例，所述外环柱和所述内环柱均为圆环柱形，所述外瓦片和所述内瓦片均为圆弧形的瓦片。根据本专利技术第一方面进一步的实施例，所述外环柱与所述内环柱的轴向高度相同。根据本专利技术第一方面进一步的实施例，所述外瓦片和所述内瓦片的轮廓尺寸相同。本专利技术的另一个目的在于提出一种飞轮储能机组，其高速飞轮在故障态下防护安全性高。根据本专利技术第二方面实施例的飞轮储能机组，包括：壳体组件，所述壳体组件限定出彼此连通的第一腔室和第二腔室，所述壳体组件设有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔的轴线和所述第二安装孔的轴线重合；芯轴，所述芯轴具有第一端和第二端，所述芯轴穿过所述第一腔室和所述第二腔室，且所述第一端通过第一工作轴承安装在第一安装孔中，所述第二端通过第二工作轴承安装在所述第二安装孔中；电机定子和电机转子，所述电机定子和所述电机转子设置在所述第一腔室中，且所述电机定子固定在所述第一腔室的壁体上，所述电机转子套接在所述芯轴上，以使所述电机转子和所述芯轴同步旋转；飞轮，所述飞轮设置在所述第二腔室中，且所述飞轮套接在所述芯轴上，以使所述飞轮随所述芯轴旋转而旋转；防护装置，所述防护装置为根据本专利技术第一方面任意一个实施例的所述的高速飞轮在故障态下的防护装置，所述防护装置套设在所述飞轮的轮缘外周面外，所述防护装置的所述内环柱的内周面与所述飞轮的轮缘外周面之间具有间隙。根据本专利技术第二方面实施例的飞轮储能机组，由于飞轮储能机组上应用了防护装置，当高速旋转的飞轮出现故障时，在飞轮径向位移超过飞轮轮缘外周面与防护装置的内环柱的内周面之间的间隙的情况下，飞轮与防护装置之间径向发生摩擦，最终耗散飞轮的旋转能量。当高速旋转的飞轮局部结构脱离，形成飞逸块体，飞逸块体直接碰撞防护装置的内环柱，内环柱与飞逸块体交换能量，吸收故障飞轮能量。由于片瓦叠扣结构具有强大的塑性变形容量，内环柱带动片瓦叠扣结构径向变形，环向摩擦，吸收内环柱接收到的飞轮能量。片瓦叠扣结构带动外环柱与飞轮壳体内壁摩擦滑动，从而使防护装置吸收了飞逸块体的能量，通过摩擦、碰撞消耗掉。由此，本专利技术第二方面实施例的飞轮储能机组的高速飞轮在故障态下防护安全性高。根据本专利技术第二方面的一个实施例，所述第一腔室位于所述第二腔室的上方，所述第一安装孔和所述第二安装孔分别位于所述第一腔室的顶部和所述第二腔室的底部，所述防护装置搁置在第二腔室的底壁上。根据本专利技术第二方面的一个实施例，还包括第一保护轴承和第二保护轴承，所述第一保护轴承的外径大于所述第一工作轴承的外径，所述第二保护轴承的外径大于所述第二工作轴承的外径，所述第一保护轴承和所述第二保护轴承分别套设在在所述芯轴的所述第一端和所述第二端，所述第一保护轴承安装所述第一安装孔中，所述第二保护轴承安装在所述第二安装孔中，且所述第一保护轴承的外周面与所述第一安装孔的内周面之间的间隙大于所述第一工作轴承的外周面与所述第一安装孔的内周面之间的间隙，所述第二保护轴承的外周面与所述第二安装孔的内周面之间的间隙大于所述第二工作轴承的外周面与所述第二安装孔的内周面之间的间隙。根据本专利技术第二方面的一个实施例，所述第一安装孔包括彼此连通的第一保护轴承安装孔和第一工作轴承安装孔，所述第一保护轴承安装孔的孔径大于所述第一工作轴承安装孔的孔径；所述第二安装孔包括彼此连通的第二保护轴承安装孔和第二工作轴承安装孔，所述第二保护轴承安装孔的孔径大于所述第二工作轴承安装孔的孔径。根据本专利技术第二方面进一步的实施例，所述第一保护轴承安装孔位于所述第一工作轴承安装孔的外侧，所述第二保护轴承安装孔位于所述第二工作轴承安装孔的内侧。根据本专利技术第二方面再进一步的实施例，所述壳体组件包括壳体主体、第一轴承座和第二轴承座，所述第一轴承座和所述第二轴承座分别固定在所述壳体主体相对的两端上，所述第一轴承座设有所述第一安装孔，所述第二轴承座和所述壳体主体上与所述第二轴承座临近的部位共同设有所述第二安装孔，其中，所述第二轴承座设有所述第二工作轴承安装孔，所述壳体主体上与所述第二轴承座临近的部位设有所述第二保护轴承安装孔。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术第一方面实施例的高速飞轮在故障态下的防护装置的结构示意图。图2是本专利技术第二方面实施例的飞轮储能机组的结构示意图。附图标记：防护装置100外环柱1内环柱2外瓦片3内瓦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速飞轮在故障态下的防护装置，其特征在于，包括：外环柱；内环柱，所述内环柱同轴向地设置在所述外环柱内；多个外瓦片和多个内瓦片，多个所述外瓦片和多个所述内瓦片均具有凹面，多个所述外瓦片和多个所述内瓦片设置在所述内环柱与所述外环柱之间，多个所述外瓦片的凹面朝向所述内环柱且多个所述外瓦片两两相邻环向设置，多个所述内瓦片的凹面朝向所述外环柱且多个所述内瓦片两两相邻环向设置，每一所述外瓦片相对的两边部分别抵接在相邻两个所述内瓦片的凹面上，每一所述内瓦片相对的两边部分别抵接在相邻两个所述外瓦片的凹面，从而形成片瓦叠扣结构。

【技术特征摘要】
1.一种高速飞轮在故障态下的防护装置，其特征在于，包括：外环柱；内环柱，所述内环柱同轴向地设置在所述外环柱内；多个外瓦片和多个内瓦片，多个所述外瓦片和多个所述内瓦片均具有凹面，多个所述外瓦片和多个所述内瓦片设置在所述内环柱与所述外环柱之间，多个所述外瓦片的凹面朝向所述内环柱且多个所述外瓦片两两相邻环向设置，多个所述内瓦片的凹面朝向所述外环柱且多个所述内瓦片两两相邻环向设置，每一所述外瓦片相对的两边部分别抵接在相邻两个所述内瓦片的凹面上，每一所述内瓦片相对的两边部分别抵接在相邻两个所述外瓦片的凹面，从而形成片瓦叠扣结构。2.根据权利要求1所述的高速分论在故障态下的防护装置，其特征在于，所述外环柱和所述内环柱均为圆环柱形，所述外瓦片和所述内瓦片均为圆弧形的瓦片。3.根据权利要求2所述的高速飞轮在故障态下的防护装置，其特征在于，所述外环柱与所述内环柱的轴向高度相同。4.根据权利要求2所述的高速飞轮在故障态下的防护装置，其特征在于，所述外瓦片和所述内瓦片的轮廓尺寸相同。5.一种飞轮储能机组，其特征在于，包括：壳体组件，所述壳体组件限定出彼此连通的第一腔室和第二腔室，所述壳体组件设有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔的轴线和所述第二安装孔的轴线重合；芯轴，所述芯轴具有第一端和第二端，所述芯轴穿过所述第一腔室和所述第二腔室，且所述第一端通过第一工作轴承安装在第一安装孔中，所述第二端通过第二工作轴承安装在所述第二安装孔中；电机定子和电机转子，所述电机定子和所述电机转子设置在所述第一腔室中，且所述电机定子固定在所述第一腔室的壁体上，所述电机转子套接在所述芯轴上，以使所述电机转子和所述芯轴同步旋转；飞轮，所述飞轮设置在所述第二腔室中，且所述飞轮套接在所述芯轴上，以使所述飞轮随所述芯轴旋转而旋转；防护装置，所述防护装置为根据权利要求1或2所述的高速飞轮在故障态下的防护装置，所述防护装置套设在所述飞轮的轮缘外周面外，所述防护装置的所述内环柱的内周面与所述飞轮的轮缘外...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴兴建，徐旸，张剀，张小章，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11