[發明專利]一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉子輪轂

有效

• 申請號: 201210177302.7
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102678821A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 蔣濤
• 申請（專利權）人: 北京奇峰聚能科技有限公司
• 主分類號: F16F15/30
• 分類號: F16F15/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種飛輪儲能部件，尤其涉及一種用于飛輪儲能系統的高強度、低成本的飛輪轉子金屬輪轂。

技術背景

飛輪轉子是飛輪儲能系統中最重要的環節，選用高抗拉強度的飛輪材料是飛輪電池能夠儲存較多能量的先決條件。為了提高飛輪儲能能力，普遍采用提高轉速的方法達到高儲能的要求。隨著轉速的提高，轉子承受的離心力逐漸增大，當轉子徑向拉伸應力力超過輪轂的強度時，會導致轉子輪轂破壞。這種局限性限制了儲能飛輪的儲能密度和儲能能量的提高，嚴重時會導致災難性的惡性事故。目前，國內外研制的轉子的主流技術是以高強度金屬材料為輪轂，采用復合材料纖維纏繞成型技術制備復合材料環套，將金屬輪轂和復合材料環套過盈配合組裝成飛輪轉子。但是，金屬輪轂的極限強度有限，使得復合材料層尺寸很大，生產成本十分昂貴。為此，迫切地需要開發出一種高強度、低成本的高性能飛輪轉子輪轂。

發明內容

本發明克服上述現有技術的不足，目的在于提供一種抗拉強度高、成本低、使用安全性能的高性能的飛輪轉子輪轂。采用鋼絲預應力纏繞結構，巧妙避免了輪轂與復合材料層之間松脫和輪轂強度不夠的問題。該轉子輪轂為圓盤狀或圓柱狀，包括：金屬輪轂基體和鋼絲預應力纏繞層。

本發明的方案是：

一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉子輪轂，包括：金屬輪轂基體和鋼絲纏繞層，所述的金屬輪轂基體為圓盤狀或圓柱狀，所述鋼絲纏繞層形成在金屬輪轂基體的外表面，金屬輪轂基體與鋼絲纏繞層采用預應力纏繞而實現緊密連接。

本發明還具有如下特征：

1、所述的鋼絲橫截面為帶圓角的矩形、正方形、梯形或圓形直徑為1mm～6mm，強度2500～3000MPa。

2、所述的金屬輪轂基體為鋼/鈦合金或鋁合金，所述的鋼絲為低合金鋼、碳鋼或不銹鋼鋼絲。

3、所述鋼絲纏繞層相對于金屬輪轂基體的母線以小于90度的預定角度采用預應力纏繞在所述金屬輪轂基體上，鋼絲的導程等于或者小于鋼絲螺旋線的螺距；鋼絲纏繞層為并行結構。

4、所述的鋼絲纏繞層的張力為預定額定值張力的10-80％，有效鋼絲纏繞層的第一圈和最后一圈的鋼絲預應力張力為預定額定值的10～20％。

本發明的有益效果在于：

以金屬基體輪轂和超高強度的鋼絲為原料，結合鋼絲纏繞預應力技術制備高強度飛輪轉子金屬輪轂。通過在金屬輪轂基體上預應力纏繞高強度鋼絲層，可使飛輪轉子輪轂所承受的極限強度提高到2800MPa，有效降低金屬輪轂的開裂趨勢，減小整個飛輪系統失效破壞的幾率。此種結構可以改變飛輪轉子輪轂的應力狀態，大大改善輪轂的使用性能，減小整個飛輪系統失效破壞的幾率，實現飛輪轉子的可靠性使用。同時，該發明可有效增加轉子的內外半徑比，提高飛輪的儲能密度，減少材料的使用量，顯著降低轉子制造成本。

附圖說明

圖1為本發明所述飛輪轉子的結構示意圖；

其中，1、金屬輪轂基體，2、鋼絲預應力纏繞層。

圖2為本發明所述飛輪轉子的橫截面示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的飛輪轉子作進一步詳細的說明。

實例1：

如圖1所示，本例所述的飛輪轉子是由金屬基體輪轂1及鋼絲預應力纏繞層2構成的圓盤狀，其中心處為用于與飛輪連接的軸承孔3。在使用時，只需將按照上述結構制成的轉子通過軸承孔3安裝在飛輪的軸承上即可。

所述金屬基體輪轂1可選用現有技術的超高強度鋼、鈦合金或高強鋁合金，利用纏繞機將高強度鋼絲正應力纏繞在金屬輪轂基體上。在纏繞過程中，為避免由于外層鋼絲的纏繞張力使金屬輪轂基體產生壓縮變形，從而引起內層鋼絲張力減小及鋼絲纏繞層松弛現象，采用張力單調遞減的變張力纏繞工藝，保證每根鋼絲同等強度工作，以期充分發揮鋼絲的強度潛力。

所述鋼絲預應力纏繞層2可采用鋼絲纏繞預應力技術，金屬輪轂安放于轉盤上，固定在地面上的張力發生與控制裝置輸出鋼絲，鋼絲隨部件的旋轉而逐圈、逐層地纏繞在輪轂外表面。所述鋼絲預應力纏繞不僅限于Φ1mm～6mm鋼絲。鋼絲的橫截面為帶圓角的矩形、正方形、梯形或圓形。所制得的鋼絲預應力纏繞層的抗拉強度可高達1000-2800MPa。