專利名稱：利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)及儲能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)及儲能方法。
背景技術(shù)：
:
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，對電能儲存和轉(zhuǎn)換的需求不斷提高。目前化學(xué)電池儲能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，但是化學(xué)電池儲能技術(shù)存在著諸如充放電次數(shù)的限制、對環(huán)境的污染嚴(yán)重以及對工作溫度要求高等問題。因此，電能的新型轉(zhuǎn)換型式與存貯方式已成為當(dāng)今能源領(lǐng)域的焦點問題。其中，機(jī)械儲能是其中具有良好應(yīng)用前景的一種方式。機(jī)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(zhuǎn)換效率高、充放電快捷、不受地理環(huán)境限制、可就近分散放置、不污染環(huán)境、單位質(zhì)量儲能密度大、應(yīng)用前景廣、長壽命、無污染等優(yōu)點。飛輪儲能技術(shù)主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方法已經(jīng)基本明確，目前主要正處于廣泛的實驗階段，小型樣機(jī)已經(jīng)研制成功并有應(yīng)用于實際的例子，目前正向發(fā)展大型機(jī)的趨勢發(fā)展，但是卻有非常多的難點，其中包括有軸承支撐和轉(zhuǎn)子動力學(xué)等問題。目前飛輪儲能的關(guān)鍵技術(shù)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(dǎo)磁懸浮軸承、永磁懸浮軸承和機(jī)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(zhuǎn)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(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)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(tǒng)的整體能量轉(zhuǎn)換效率，降低了儲能性價比；高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承目前尚不成熟，且需要構(gòu)建低溫環(huán)境，大幅度地增加了運(yùn)行成本，同樣導(dǎo)致飛輪儲能系統(tǒng)的整體能量轉(zhuǎn)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(xiàn)全懸??；機(jī)械滾動軸承的摩擦損耗大，壽命低。飛輪轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中，經(jīng)常處于高速運(yùn)行的狀態(tài)。尤其是隨著轉(zhuǎn)子重量和結(jié)構(gòu)輕量化程度不斷提高，轉(zhuǎn)速不斷上升，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子可在臨界轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行，此時轉(zhuǎn)子處于柔性轉(zhuǎn)子的運(yùn)動狀態(tài)，此時渦動已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhuǎn)子運(yùn)動的主要影響因素。這種情況下，渦動對于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動、穩(wěn)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(zhuǎn)子穩(wěn)定工作，如果得不到有效控制或受到外界干擾，輕則會產(chǎn)生碰摩，重則會造成軸承-轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的破壞。另一方面，轉(zhuǎn)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(dǎo)致渦動出現(xiàn)的因素。有些力會激起轉(zhuǎn)子的受迫振動，但并不向轉(zhuǎn)子運(yùn)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(zhuǎn)子不斷輸入運(yùn)動能量，使轉(zhuǎn)子能量在工頻和渦動之間不斷的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而改變轉(zhuǎn)子工頻和渦動之間能量的分配關(guān)系。對于渦動來說，人們往往看到的其對于轉(zhuǎn)子運(yùn)行不利的一面，通常是采用增加阻尼結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響，這種做法從穩(wěn)定性角度來說有其一定意義，但是從渦動機(jī)理來看，并未深入的去挖掘渦動對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)尤其是高速轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的影響，這種做法在高速柔性轉(zhuǎn)子情況下，一味抑制渦動的運(yùn)動作用，結(jié)果是大大降低了能量利用效率，影響了儲能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換和利用，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，從而影響儲能系統(tǒng)的性能。針對以上問題，以轉(zhuǎn)子儲能的實際需要出發(fā)，通過對渦動特性的研究和分析，掌握其影響機(jī)理，就可以根據(jù)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行情況，實現(xiàn)對渦動的有效控制，進(jìn)而充分利用渦動的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性，積極發(fā)揮渦動對轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的有利作用，充分利用轉(zhuǎn)子儲能裝置中的渦動能量，避免渦動對轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)本身的不利影響。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明的目的是提供一種利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)及儲能方法，具有體積小、重量輕、效率高、可控性強(qiáng)等特點。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
一種利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，其組成包括:空氣壓縮機(jī)，所述的空氣壓縮機(jī)的電磁控制閥與工控計算機(jī)連接，所述的電磁控制閥與氣浮軸承(9)和氣浮軸承(20)連接，所述的工控計算機(jī)與數(shù)據(jù)采集儀和電機(jī)控制器連接，所述的電機(jī)控制器與高速永磁電機(jī)連接，所述的高速永磁電機(jī)與永磁磁力稱合聯(lián)軸器連接，所述的永磁磁力稱合聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸連接。所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的儲能轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與所述的氣浮軸承(9)和氣浮軸承(20)連接，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的鍵相電渦流傳感器與所述的數(shù)據(jù)采集儀連接，X方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器(6)和X方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器(18)與所述的數(shù)據(jù)采集儀連接，所述的Y方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器(7)和Y方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器(19)與所述的數(shù)據(jù)采集儀連接。所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，所述的永磁磁力耦合聯(lián)軸器包括發(fā)電機(jī)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁體轉(zhuǎn)子，所述的發(fā)電機(jī)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸連接，所述的永磁體轉(zhuǎn)子與負(fù)載軸連接，所述的永磁磁力稱合聯(lián)軸器通過電機(jī)一端的導(dǎo)體和負(fù)載一端的永磁體之間的感應(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)體之間的間隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)負(fù)載速度調(diào)節(jié)。所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸和儲能轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)采用所述的氣浮軸承作為潤滑支撐形式，所述的氣浮軸承采用靜壓、動壓和動靜壓混合結(jié)構(gòu)。一種利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)儲能方法，利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)儲能方法，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)過電磁控制閥之后，通入儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的氣浮軸承，為軸承提供氣源，當(dāng)電機(jī)作為電動機(jī)時，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由于采用氣浮軸承，使得轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，把低谷時的電能轉(zhuǎn)化動能機(jī)械能；在用電高峰時由動能機(jī)械能一飛輪轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)化為電能使用；儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過聯(lián)軸器與高速永磁電機(jī)連接，儲能轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有傳感器，用來測量轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動情況，并將采集的信號通過數(shù)據(jù)采集儀送入工控計算機(jī)，通過工控計算機(jī)，根據(jù)轉(zhuǎn)軸渦動情況、電機(jī)能量儲存和轉(zhuǎn)化要求，控制電磁控制閥和電機(jī)控制器，從而調(diào)整渦動的運(yùn)動行為和能量，以滿足負(fù)載變化要求，根據(jù)儲能轉(zhuǎn)子工頻和渦動能量之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)儲能轉(zhuǎn)子能量的控制，從而降低轉(zhuǎn)子動能損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率；
基于滑動軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性判別與控制技術(shù)，通過建立軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)，測量軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)渦動情況，將其發(fā)送到控制計算機(jī)，進(jìn)行渦動情況評估，根據(jù)儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)能量控制需求，通過控制計算機(jī)發(fā)送控制信號控制電磁調(diào)節(jié)閥，通過電磁控制閥調(diào)整氣浮軸承供氣壓力和流量，從而改變轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)固有頻率和氣膜剛度，可以改變渦動頻率與固有頻率的稱合關(guān)系，從而控制潤動和工頻能量的分配關(guān)系，實現(xiàn)儲能轉(zhuǎn)子工頻和潤動能量之間的控制與轉(zhuǎn)換。所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)儲能方法，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換是以電機(jī)及其控制為核心實現(xiàn)的，電機(jī)將電動機(jī)/發(fā)電機(jī)集成一個部件，在儲能時，作為電動機(jī)運(yùn)行，由外界電能驅(qū)動電動機(jī)，帶動轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)至設(shè)定的某一轉(zhuǎn)速;在釋能時，電機(jī)又作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，向外輸出電能，此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷下降。有益效果:
1.本發(fā)明可控性強(qiáng)、體積小、重量輕、效率高，可廣泛應(yīng)用于能源動力、交通車輛、小型船舶、航空航天及其他具有電能儲存和轉(zhuǎn)換需求的場合，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和社會效益。2.本發(fā)明涉及的永磁磁力耦合聯(lián)軸器解決了負(fù)載系統(tǒng)的對中、軟啟動、減震、調(diào)速、及過載保護(hù)等問題，并且使永磁磁力驅(qū)動的傳動效率大大提高，可達(dá)到98.5%。不僅可以減少維護(hù)費(fèi)用，增加設(shè)備過程的實用性，還可改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低使用成本。3.本發(fā)明采用的永磁電動/發(fā)電機(jī)互逆式雙向一體化電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上摒棄了電刷和整流子，因而壽命長，使用可靠，消除接觸換向帶來的噪聲和電磁干擾；選用的釹鐵硼永磁磁鐵使得電機(jī)/發(fā)電機(jī)的體積、重量大大減小。4.本發(fā)明涉及的氣浮軸承體采用耐磨、高強(qiáng)度及固體自潤滑性能的材料(如碳石墨合金、碳纖維、氮化硼等材料)作為氣浮軸承內(nèi)表面材料。根據(jù)氣浮軸承與軸頸動靜部件的結(jié)構(gòu)特點，在動靜間隙流道處，利用軸頸旋轉(zhuǎn)帶動流體增壓與外部供氣壓力耦合作用產(chǎn)生的動力使其軸懸浮起來。采用彈性橡膠圈、金屬橡膠及彈性復(fù)合材料等減振技術(shù)措施，進(jìn)一步提聞氣浮軸承承載運(yùn)行的穩(wěn)定性。


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附圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明的永磁磁力耦合聯(lián)軸器的原理圖。
具體實施方式
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實施例1:
一種利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，其組成包括:空氣壓縮機(jī)1，所述的空氣壓縮機(jī)的電磁控制閥2與工控計算機(jī)4連接，所述的電磁控制閥與氣浮軸承9和氣浮軸承20連接，所述的工控計算機(jī)與數(shù)據(jù)采集儀3和電機(jī)控制器5連接，所述的電機(jī)控制器與高速永磁電機(jī)13連接，所述的高速永磁電機(jī)與永磁磁力耦合聯(lián)軸器12連接，所述的永磁磁力耦合聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸10連接。實施例2:
根據(jù)實施例1所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的儲能轉(zhuǎn)子11與所述的轉(zhuǎn)軸10連接，所述的轉(zhuǎn)軸10與所述的氣浮軸承9和氣浮軸承20連接，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的鍵相電渦流傳感器8與所述的數(shù)據(jù)采集儀3連接，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的X方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器6和X方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器18與所述的數(shù)據(jù)采集儀3連接，所述的Y方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器7和Y方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器19與所述的數(shù)據(jù)采集儀3連接。實施例3:
根據(jù)實施例1或2所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，所述的永磁磁力耦合聯(lián)軸器包括發(fā)電機(jī)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子15、永磁體轉(zhuǎn)子16，所述的發(fā)電機(jī)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸14連接，所述的永磁體轉(zhuǎn)子與負(fù)載軸17連接，所述的永磁磁力耦合聯(lián)軸器通過電機(jī)一端的導(dǎo)體和負(fù)載一端的永磁體之間的感應(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)體之間的間隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)負(fù)載速度調(diào)節(jié)。實施例4:
根據(jù)實施例1或2或3所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸和儲能轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)采用所述的氣浮軸承作為潤滑支撐形式，所述的氣浮軸承采用靜壓、動壓和動靜壓混合結(jié)構(gòu)。實施例5:
上述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)儲能方法，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)過電磁控制閥之后，通入儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的氣浮軸承，為軸承提供氣源，當(dāng)電機(jī)作為電動機(jī)時，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由于采用氣浮軸承，使得轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，把低谷時的電能轉(zhuǎn)化動能機(jī)械能；在用電高峰時由動能機(jī)械能一飛輪轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)化電能使用；儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過聯(lián)軸器與高速永磁電機(jī)連接，傳動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有傳感器，用來測量轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動情況，并將采集的信號通過數(shù)據(jù)采集儀送入工控計算機(jī)，通過工控計算機(jī)，根據(jù)轉(zhuǎn)軸渦動情況、電機(jī)能量儲存和轉(zhuǎn)化要求，控制電磁控制閥和電機(jī)控制器，從而調(diào)整渦動的運(yùn)動行為和能量，以滿足負(fù)載變化要求，根據(jù)儲能轉(zhuǎn)子工頻和渦動能量之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)儲能轉(zhuǎn)子能量的控制，從而降低轉(zhuǎn)子動能損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率；
基于滑動軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性判別與控制技術(shù)，通過建立軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)，測量軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)渦動情況，將其發(fā)送到控制計算機(jī)，進(jìn)行渦動情況評估，根據(jù)儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)能量控制需求，通過控制計算機(jī)發(fā)送控制信號控制電磁調(diào)節(jié)閥，通過電磁控制閥調(diào)整氣浮軸承供氣壓力和流量，從而改變轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)固有頻率和氣膜剛度，可以改變渦動頻率與固有頻率的稱合關(guān)系，從而控制潤動和工頻能量的分配關(guān)系，實現(xiàn)儲能轉(zhuǎn)子工頻和潤動能量之間的控制與轉(zhuǎn)換。實施例6:
上述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)儲能方法，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換是以電機(jī)及其控制器為核心實現(xiàn)的，電機(jī)將電動機(jī)/發(fā)電機(jī)集成一個部件，在儲能時，作為電動機(jī)運(yùn)行，由外界電能驅(qū)動電動機(jī)，帶動轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)至設(shè)定的某一轉(zhuǎn)速；在釋能時，電機(jī)又作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，向外輸出電能，此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷下降。實施例7:
上述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)儲能方法，所述的儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的儲能裝置通過電動/發(fā)電互逆式雙向電機(jī)，電能與高速運(yùn)轉(zhuǎn)的儲能轉(zhuǎn)子機(jī)械動能之間的相互轉(zhuǎn)換與儲存，并通過調(diào)頻、整流、恒壓與不同類型的負(fù)載接口。在儲能時，電能通過電力轉(zhuǎn)換器變換后驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)子加速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子以動能的形式把能量儲存起來，完成電能到機(jī)械能轉(zhuǎn)換的儲存能量過程，能量儲存在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中；之后，電機(jī)維持一個恒定的轉(zhuǎn)速，直到接收到一個能量釋放的控制信號；釋能時，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子拖動電機(jī)發(fā)電，經(jīng)電力轉(zhuǎn)換器輸出適用于負(fù)載的電流與電壓，完成機(jī)械能到電能轉(zhuǎn)換的釋放能量過程。整個儲能系統(tǒng)實現(xiàn)了電能的輸入、儲存和輸出過程。為了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及降低功耗,米用永磁電動/發(fā)電機(jī)互逆式雙向一體化電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上摒棄了電刷和整流子，因而壽命長，使用可靠，消除接觸換向帶來的噪聲和電磁干擾。由于功耗還取決于電樞電阻、渦流電流和磁滯損耗，因此選用釹鐵硼永磁磁鐵使得電機(jī)/發(fā)電機(jī)的體積、重量大大減小。氣浮軸承體可采用靜壓、動壓或動靜壓混合三種結(jié)構(gòu)形式。采用耐磨、高強(qiáng)度及固體自潤滑性能的材料(如碳石墨合金、碳纖維、氮化硼等材料)作為氣浮軸承內(nèi)表面材料。根據(jù)氣浮軸承與軸頸動靜部件的結(jié)構(gòu)特點，在動靜間隙流道處，利用軸頸旋轉(zhuǎn)帶動流體增壓與外部供氣壓力耦合作用產(chǎn)生的動力使其轉(zhuǎn)軸懸浮起來?？刹捎脧椥韵鹉z圈、金屬橡膠及彈性復(fù)合材料等減振技術(shù)措施，進(jìn)一步提高氣浮軸承承載運(yùn)行的穩(wěn)定性。永磁磁力耦合聯(lián)軸器是通過導(dǎo)體和永磁體之間的磁力耦合作用實現(xiàn)由電動機(jī)(發(fā)電機(jī))到負(fù)載的轉(zhuǎn)矩傳輸，從而實現(xiàn)了在驅(qū)動和被驅(qū)動側(cè)的無機(jī)械鏈接。其工作原理是電機(jī)一端的導(dǎo)體和負(fù)載一端的永磁體之間的感應(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)體之間的間隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)負(fù)載速度調(diào)節(jié)。這種聯(lián)軸器解決了負(fù)載系統(tǒng)的對中、軟啟動、減震、調(diào)速、及過載保護(hù)等問題，并且使永磁磁力驅(qū)動的傳動效率大大提高，可達(dá)到98.5%。不僅可以減少維護(hù)費(fèi)用，增加設(shè)備過程的實用性，還可改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低使用成本。渦動會占有一部分旋轉(zhuǎn)動能，此部分能量不能直接輸出為軸功。隨著渦動幅度增大，渦動能量積聚增加。如果不能加以調(diào)節(jié)，分頻振動能量增加到一定水平，就會使得渦動能量過大，導(dǎo)致振幅超標(biāo)，引起碰摩；同時，對于利用渦動能量的高速儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)來說，又希望能夠有效控制渦動和工頻能量的轉(zhuǎn)換和分配，實現(xiàn)儲能轉(zhuǎn)子能量利用的高效利用。為了實現(xiàn)這個目的，在渦動控制方面，需要解決兩個問題。一是渦動控制策略問題，二是具體的工
在控制策略方面，以楊金福 的發(fā)明專利《滑動軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性判別與控制技術(shù)》(專利號:CN200410101458.2)為基礎(chǔ)，采用渦動耦合激振和非線性耦合振動位移極限環(huán)的分析方法，有效的協(xié)調(diào)系統(tǒng)外擾動參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和物性參數(shù)之間關(guān)系對軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)動行為的影響；合理調(diào)整軸頸旋轉(zhuǎn)角速度Qc1、軸頸的渦動角速度(ΙΦ/dt和偏心率變化速度d ε /dt的耦合運(yùn)動特性，確保軸承流固耦合運(yùn)動形式的能量轉(zhuǎn)化的守恒方程Θ + ξ+Ψ - ω ^ 1，實現(xiàn)渦動的運(yùn)動和能量控制。在控制的工程實現(xiàn)上，通過建立軸承轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)，測量軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)渦動情況，將其發(fā)送到控制計算機(jī)，進(jìn)行渦動情況評估，根據(jù)儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)能量控制需求，通過控制計算機(jī)發(fā)送控制信號控制電磁調(diào)節(jié)閥，以調(diào)整軸承供氣壓力和流量，通過調(diào)整氣浮軸承供氣壓力和流量，可改變系統(tǒng)固有頻率、氣膜剛度和阻尼，從而改變渦動頻率與固有頻率的耦合關(guān)系；有效控制渦動和工頻能量，既避免低頻能量俘獲而出現(xiàn)碰摩失穩(wěn)，又可控制渦動和工頻能量分配關(guān)系。同時，將電機(jī)控制器的反饋信號輸入控制計算機(jī)，作為調(diào)節(jié)的參考依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，其組成包括:空氣壓縮機(jī)，其特征是:所述的空氣壓縮機(jī)的電磁控制閥與工控計算機(jī)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(jī)與數(shù)據(jù)采集儀和電機(jī)控制器連接，所述的電機(jī)控制器與高速永磁電機(jī)連接，所述的高速永磁電機(jī)與永磁磁力稱合聯(lián)軸器連接，所述的永磁磁力稱合聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，其特征是:所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的儲能轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與所述的氣浮軸承連接，所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的鍵相電渦流傳感器與所述的數(shù)據(jù)采集儀連接，X方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器與所述的數(shù)據(jù)采集儀連接，所述的Y方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器和Y方向轉(zhuǎn)軸振動位移測量電渦流傳感器與所述的數(shù)據(jù)采集儀連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，其特征是:所述的永磁磁力耦合聯(lián)軸器包括發(fā)電機(jī)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁體轉(zhuǎn)子，所述的發(fā)電機(jī)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸連接，所述的永磁體轉(zhuǎn)子與負(fù)載軸連接，所述的永磁磁力耦合聯(lián)軸器通過電機(jī)一端的導(dǎo)體和負(fù)載一端的永磁體之間的感應(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)體之間的間隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)負(fù)載速度調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)，其特征是:所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸和儲能轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)采用所述的氣浮軸承作為潤滑支撐形式，所述的氣浮軸承采用靜壓、動壓和動靜壓混合結(jié)構(gòu)。
5.一種利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)儲能方法，其特征是:所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)過電磁控制閥之后，通入儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的氣浮軸承，為軸承提供氣源，當(dāng)電機(jī)作為電動機(jī)時，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由于采用氣浮軸承，使得轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，把低谷時的電能轉(zhuǎn)化動能機(jī)械能；在用電高峰時由動能機(jī)械能一飛輪轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)化電能使用；儲能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過聯(lián)軸器與高速永磁電機(jī)連接，儲能轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有傳感器，用來測量轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動情況，并將采集的信號通過數(shù)據(jù)采集儀送入工控計算機(jī)，通過工控計算機(jī)，根據(jù)轉(zhuǎn)軸渦動情況、電機(jī)能量儲存和轉(zhuǎn)化要求，控制電磁控制閥和電機(jī)控制器，從而調(diào)整渦動的運(yùn)動行為和能量，以滿足負(fù)載變化要求，根據(jù)儲能轉(zhuǎn)子工頻和渦動能量之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)儲能轉(zhuǎn)子能量的控制，從而降低轉(zhuǎn)子動能損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率； 基于滑動軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性判別與控制技術(shù)，通過電磁控制閥調(diào)整氣浮軸承供氣壓力和流量，從而改變轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)固有頻率和氣膜剛度，可以改變渦動頻率與固有頻率的耦合關(guān)系，從而控制渦動和工頻能量的分配關(guān)系，實現(xiàn)儲能轉(zhuǎn)子工頻和渦動能量之間的控制與轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)儲能方法，其特征是:所述的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換是以電機(jī)及其控制器為核心實現(xiàn)的，電機(jī)將電動機(jī)/發(fā)電機(jī)集成一個部件，在儲能時，作為電動機(jī)運(yùn)行，由外界電能驅(qū)動電動機(jī)，帶動轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)至設(shè)定的某一轉(zhuǎn)速；在釋能時，電機(jī)又作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，向外輸出電能，此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷下降。
全文摘要
利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)及儲能方法。目前化學(xué)電池儲能技術(shù)存在著諸如充放電次數(shù)的限制、對環(huán)境的污染嚴(yán)重以及對工作溫度要求高等問題。本發(fā)明的組成包括空氣壓縮機(jī)(1)，所述的空氣壓縮機(jī)的電磁控制閥(2)與工控計算機(jī)(4)連接，所述的電磁控制閥與氣浮軸承(9)和氣浮軸承(20)連接，所述的工控計算機(jī)與數(shù)據(jù)采集儀(3)和電機(jī)控制器(5)連接，所述的電機(jī)控制器與高速永磁電機(jī)(13)連接，所述的高速永磁電機(jī)與永磁磁力耦合聯(lián)軸器(12)連接，所述的永磁磁力耦合聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸(10)連接。本發(fā)明用于利用渦動能量的轉(zhuǎn)子儲能系統(tǒng)進(jìn)行電能的儲存和轉(zhuǎn)換。
文檔編號H02J15/00GK103199631SQ201310147468
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者楊金福, 韓東江, 佟憲良, 邱敬樂, 黃鍇, 陳策 申請人:哈爾濱耦合動力工程技術(shù)中心有限公司