[實用新型]利用渦動能量的轉子儲能系統

有效

• 申請號: 201320215679.7
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN203180653U
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 楊金福;韓東江;佟憲良;邱敬樂;黃鍇;陳策
• 申請（專利權）人: 哈爾濱耦合動力工程技術中心有限公司
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02K7/02;H02K51/00;F16C32/06
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

技術領域：

本實用新型涉及一種利用渦動能量的轉子儲能系統。

背景技術：

隨著我國經濟的快速增長，對電能儲存和轉換的需求不斷提高。目前化學電池儲能技術已經發展得非常成熟，但是化學電池儲能技術存在著諸如充放電次數的限制、對環境的污染嚴重以及對工作溫度要求高等問題。因此，電能的新型轉換型式與存貯方式已成為當今能源領域的焦點問題。其中，機械儲能是其中具有良好應用前景的一種方式。機械儲能包括壓縮氣體儲能、抽水蓄能、飛輪儲能等。

飛輪儲能具有電能轉換效率高、充放電快捷、不受地理環境限制、可就近分散放置、不污染環境、單位質量儲能密度大、應用前景廣、長壽命、無污染等優點。飛輪儲能技術主要結構和運行方法已經基本明確，目前主要正處于廣泛的實驗階段，小型樣機已經研制成功并有應用于實際的例子，目前正向發展大型機的趨勢發展，但是卻有非常多的難點，其中包括有軸承支撐和轉子動力學等問題。

目前飛輪儲能的關鍵技術之一是軸承支撐軸承形式。目前已有的支承方式大致分成以下幾類：電磁懸浮軸承、超導磁懸浮軸承、永磁懸浮軸承和機械式軸承。以上支承方式雖然在一定程度上滿足了儲能飛輪的高轉速和低功耗要求，但是也帶來了較為突出的問題：電磁懸浮軸承的測控系統復雜，維護成本較高，加之磁軸承本身也需要供電，這就降低了飛輪儲能系統的整體能量轉換效率，降低了儲能性價比；高溫超導磁懸浮軸承目前尚不成熟，且需要構建低溫環境，大幅度地增加了運行成本，同樣導致飛輪儲能系統的整體能量轉換效率下降；永磁懸浮軸承對外界激勵的抑制能力較差，單靠永磁懸浮軸承本身無法實現全懸浮；機械滾動軸承的摩擦損耗大，壽命低。

飛輪轉子在運行中，經常處于高速運行的狀態。尤其是隨著轉子重量和結構輕量化程度不斷提高，轉速不斷上升，導致轉子可在臨界轉速以上運行，此時轉子處于柔性轉子的運動狀態，此時渦動已經遠遠超過了其它因素，某些情況下，渦動分量會比一階工頻分量還大，成為轉子運動的主要影響因素。這種情況下，渦動對于轉子系統的運動、穩定性和能量會有極其重要的影響。

渦動的影響包括兩個方面，一方面渦動有可能影響轉子穩定工作，如果得不到有效控制或受到外界干擾，輕則會產生碰摩，重則會造成軸承-轉子結構的破壞。另一方面，轉子上會作用有不平衡力、軸承油膜力、外激勵力等多種形式的力，這些力都是導致渦動出現的因素。有些力會激起轉子的受迫振動，但并不向轉子運動輸入能量，例如不平衡力。但有些力，例如滑動軸承中的油膜力在一定情況下會向轉子不斷輸入運動能量，使轉子能量在工頻和渦動之間不斷的進行轉換，從而改變轉子工頻和渦動之間能量的分配關系。

對于渦動來說，人們往往看到的其對于轉子運行不利的一面，通常是采用增加阻尼結構或加裝油膜阻尼器的方式，以便從振動抑制角度盡可能削弱渦動對轉子系統的影響，這種做法從穩定性角度來說有其一定意義，但是從渦動機理來看，并未深入的去挖掘渦動對轉子系統尤其是高速轉子儲能系統的影響，這種做法在高速柔性轉子情況下，一味抑制渦動的運動作用，結果是大大降低了能量利用效率，影響了儲能系統的能量轉換和利用，增加了結構復雜性，從而影響儲能系統的性能。

針對以上問題，以轉子儲能的實際需要出發，通過對渦動特性的研究和分析，掌握其影響機理，就可以根據轉子的運行情況，實現對渦動的有效控制，進而充分利用渦動的轉子動力學特性，積極發揮渦動對轉子儲能系統的有利作用，充分利用轉子儲能裝置中的渦動能量，避免渦動對轉子儲能系統本身的不利影響。

發明內容：

本實用新型的目的是提供一種利用渦動能量的轉子儲能系統，具有體積小、重量輕、效率高、可控性強等特點。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

利用渦動能量的轉子儲能系統，其組成包括：空氣壓縮機，所述的空氣壓縮機的電磁控制閥與工控計算機連接，所述的電磁控制閥與氣浮軸承連接，所述的工控計算機與數據采集儀和電機控制器連接，所述的電機控制器與高速永磁電機連接，所述的高速永磁電機與永磁磁力耦合聯軸器連接，所述的永磁磁力耦合聯軸器與轉軸連接。

所述的利用渦動能量的轉子儲能系統，所述的轉子儲能系統的儲能轉子的轉軸與所述的氣浮軸承連接，所述的轉子儲能系統的鍵相電渦流傳感器與所述的數據采集儀連接，?X方向轉軸振動位移測量電渦流傳感器與所述的數據采集儀連接，所述的Y方向轉軸振動位移測量電渦流傳感器與所述的數據采集儀連接。