[發明專利]用于飛輪容納組件的管狀容納部件及其制備方法

有效

• 申請號: 201480050027.X
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN105531113B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: C·蘇藤
• 申請（專利權）人: 塔塔鋼鐵英國有限公司
• 主分類號: B32B7/02
• 分類號: B32B7/02;B32B15/14;B32B15/18;B32B1/08;F16F15/315;H02K7/02;B32B15/20
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 林振波

技術領域

本發明涉及一種用于飛輪容納組件的管狀容納部件，特別是用于高速飛輪(例如，機械飛輪、機電飛輪和用于臨時存儲能量的電動發動機)的管狀容納部件。本發明還涉及一種用于制備一定范圍規格的容器的大規模生產的可行方法。

背景技術

高速機械飛輪、機電飛輪和電動發動機由于其設計使用壽命長以及處理非常高的能量充電率和能量放電率的能力，因而它們越來越多地用作靜態和運動情況下的蓄電池儲能的替代。然而，按照通常處于20,000至120,000RPM的范圍內的工作速度，這些飛輪存儲非常大量的動能。如果飛輪出現故障，若容納殼體因響應而破碎，則通過釋放初級旋轉飛輪碎片的沖擊碎裂和碎片的次級場，這種能量的瞬間釋放將對周圍設備的完整性和人員造成致命危險。

已知旨在針對儲能飛輪的機械故障風險而提供的解決方案的大量儲能飛輪容納。例如，在US2005/0188777中，公開了一種容納組件，其具有大量獨立且共軸的圓筒形鋼制護罩，在各護罩之間具有振動衰減材料。在US6203924中公開的容納結構包括大量共軸的圓筒形層，所述圓筒形層具有內部結構層、能量吸收層和外部支撐層，其中對于這些相繼層采用不同的材料。

最常見的爆破容納形式是用于燃氣渦輪中，其中使用昂貴的航空級材料以在特定的狹窄渦輪葉片盤周圍形成能量吸收材料的強固且離散的“箍環”。在典型的燃氣渦輪發動機的長度上，可能存在若干狹窄環形層形式的爆破容納。

針對機動車或汽車應用而開發的當前容納方案通常是使用機器精加工鑄鋁制成的圓柱體，或者通過從實心鋼坯移除屑片而機加工至最終形狀。這兩個解決方案繁重，并且在所有已知的情況下是定制的，這使得它們造價昂貴并且速度太慢以至于大批量生產不可行。而且，釋放存儲在飛輪中的動能(對于客車上的小型制動能量回收系統而言所述動能為200kJ的數量級)將使得這種容器會發生破裂和分解，導致二級碎片和可能更危險的碎片場沿著不確定的方向以高的速度飛離設備。

發明目的

本發明的一個目的是提供一種成本低廉且易于適應的解決方案，以制備用于飛輪容納組件的管狀容納部件，在殼體管內的飛輪出現故障時所述管狀容納部件完全能夠吸收釋放的動能。

本發明的另一目的是提供一種用于飛輪容納組件的管狀容納部件，所述管狀容納部件能夠完全容納在使用中旋轉的飛輪出現故障時由所述旋轉的飛輪形成的碎片。

本發明的另一目的是提供一種用于飛輪容納組件的管狀容納部件，所述管狀容納部件使用由不同材料制成的連續且多層的層。

本發明的另一目的是提供一種用于飛輪容納組件的管狀容納部件，所述管狀容納部件出于強度和重量的原因而被優化，以便于實現特定飛輪質量和操作速度設計的容納任務。

本發明的另一目的是提供一種用于飛輪容納組件的管狀容納部件，所述管狀容納部件能夠毫無困難地被構造成符合容器的特定尺寸和強度需求。

本發明的又一目的是提供一種用于飛輪容納組件的管狀容納部件，所述管狀容納部件能夠在工業規模大量制備中簡單且成本低廉地制備。

發明內容

根據本發明的第一方面，本發明的一個或多個目的通過提供一種用于飛輪容納組件的管狀容納部件而實現，其中，管狀容納殼體部件由不同材料制成的多層構成，其特征在于，管狀容納殼體部件的所述由不同材料制成的多層是螺旋地纏繞在彼此之上的連續層，連續層包括由結構材料制成的第一層以及由一種或多種不同材料制成的一層或多層相繼層，其中，管狀容納殼體部件的內壁由第一層的結構材料形成。

管狀容納部件通過由不同材料制成的連續層構成，其中“連續”指的是特定材料的帶或網連續呈螺旋地纏繞。然而，這并不必然指的是特定材料的每個螺旋纏繞與另一材料相同數量的繞圈。與對于每圈不同材料具有重復的“夾層結構”不同的是，還可以改變容納部件外側上或所述外側附近每圈(多圈)的“夾層結構”的成分。這允許制備用于具有特定尺寸和強度需求的大量飛輪容納組件的容納部件。

根據本發明的螺旋纏繞殼體提供了在特定飛輪設計中處理碎片爆炸能量所需的多個不同層的緊密繞圈。由于各層的“夾層結構”的緊密繞圈，管狀容納部件的壁厚可以小于當前的單片式的“由實心體機加工而成”的容納殼體，并且因而更輕。同時，由于各層緊密纏繞，就吸收飛輪出現機械故障期間所釋放的動能以及阻止故障飛輪的碎片部分完全穿透如此形成的管狀容納部件而言，它們的有效性得以改進。