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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2246034

Schwungrad-Energiespeicher

Schwungrad-Energiespeicher

Name des Erfinders: Gulia NV
Der Name des Patentinhabers: Seeb-ENERGISISTEME GMBH (DE); Gulia Nurbiy Wladimirowitsch (RU)
Korrespondenzanschrift: 125009, Moskau, p / 184, PPF "JUS" pat.pov. V.I.Ionovu
Startdatum des Patents: 2001.01.05

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Energie und kann als Energiespeicher-Puffer, zum Beispiel verwendet werden, für den Transport von elektrifizierten Systeme, Notstromversorgungen, UPS für Wind- und Solarkraftwerke.

Die Erfindung ist ein Schwungrad und fahren mit den platzierten Träger in eine von evakuierten Kammern mit einem verdünntes Gas mit unterschiedlichen Vakuumniveaus darin gefüllt getrennt, wobei in einer von ihnen, mit einem niedrigen Niveau des Vakuums platziert Laufwerk, und das andere, mit einem höheren Vakuumniveau 0 1 ... 0,01 Pas, platziert Schwungrads auf seiner Welle Turbomolekularpumpe angeordnet, die das Schwungrad in einer Vakuumkammer durch das ständige Pumpen von Gas aus der Kammer in die Betätigungsvorrichtungskammer erhöht unterstützt. Die Anzahl der Kammern, in denen der Träger und die Betätigungselemente angeordnet sind, wobei mindestens eine, und diese Kammern sind aus der Kammer durch die Anzahl der Dichtungen der Schwungradkammer, abgedichtet zumindest bei der Betriebsfrequenz der Rotation des Schwungrades getrennt. Das technische Ergebnis ist eine geringe aerodynamische Verluste in der Schwungradkammer mit einer wirksamen Kühlung des Antriebs gleichzeitig bereitzustellen, ohne separate Kühlsysteme verwendet werden.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Energie und kann als Energiespeicher - Puffer, zum Beispiel verwendet werden, für den Transport von elektrifizierten Systeme, Notstromversorgungen, UPS für Wind- und Solarkraftwerke.

Bekannte Schwungrad-Energiespeichersysteme ein Schwungrad mit und fahren mit ihren in zwei von evakuierten Kammern getrennt sind Träger mit einem verdünntes Gas mit unterschiedlichen Vakuumniveaus darin gefüllt, wobei in einer von ihnen, mit einem niedrigen Niveau des Vakuums platziert Laufwerk ein, und in einem anderen, mit einem hohen Maß an Vakuum, 0,1 ... 0,01 Pas, platziert Schwungrad auf seiner Welle Turbomolekularpumpe bei der Unterstützung der Schwungradkammer Vakuumniveau erhöht durch die ständige Förderung von Gas aus der Kammer angeordnet, um die Kamera zu fahren (siehe. J. Genta. " Anhäufung von kinetischer Energie ", Moskau, Mir, 1998, s.178-180, ris.3.10). Diese Einheit wird als Prototyp genommen.

Der Nachteil des Gerätes Prototyp ist vor allem die Tatsache, dass alle Arten von Turbomolekularpumpen mit einer maximalen Ausgangsdruck von weniger als 1 ... 10 Pa - Druck auf die Grenze zwischen der Mitte in Bezug und Hochvakuum (LN Rosanow Vakuumtechnik, Moskau, High School 1987, S. 93 und 196, Tabelle. A4). Dies bedeutet, dass in der Kammer, wo der Antrieb genau, an dem diese sehr niedrigen Druck gehalten werden muss das Gas eine ausreichend niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist und somit eine effiziente Kühlung der elektrischen Maschine zur Verfügung stellt. Bei hohen Drücken, bereits mit einem anderen Vakuumniveau beziehen - niedrige oder Vorpumpe, bei dem die Kühlbedingungen günstig sind, kann nicht die Arbeit der Turbopumpe sein. Deshalb ist der Prototyp ein separates Kühlsystem von elektrischen Maschinen hat, signifikant die Vorrichtung verkompliziert. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass bei niedrigen Drehzahlen des Schwungrades, die in der Praxis der Turbomolekularpumpe nicht in Betrieb auftreten kann, ist.

Die Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe ist es, ein Schwungradspeicher zu schaffen, der ohne die Verwendung von speziellen Kühlsysteme gleichzeitig mit einer wirksamen Kühlung des Antriebs niedrige aerodynamische Verluste in der Schwungradkammer zur Verfügung stellt. Das technische Ergebnis besteht ein Schwungrad in einer Hochvakuumkammer unter geringem Vakuum in den Betätigungskammern, einschliesslich bei stationären oder sich langsam das Schwungrad dreht, wodurch eine hohe Wärmeübertragung vom Heizelement Aktuator, wie Elektromaschinenrotor zu den Kammerwänden zu erzielen. In der Physik wird das Vakuum unter Nieder-, Mittel- und Hochvakuum einen Zustand von Gas verstanden, bzw. in denen das Kriterium Knudsen ist viel kleiner als Eins ist, in der Nähe der Einheit, und viel größer als eins. Etwa für technische Berechnungen können Knudsen Kriterium als L / d eff definiert werden, wobei L - Länge des freien Weglänge der Gasmoleküle; d eff - die effektive Größe einer Vakuumkammer. Für Schwungradkammer mit einem typischen Spalt zwischen dem Schwungrad und den Kammerwänden, beispielsweise etwa 0,01 m, d 2 ~ ef dh 0,02 m. Die Länge der freien Weglänge der Moleküle ist abhängig von dem Gasdruck P (Pa) als L ~ 0,0063 / p definiert ist, m. So dass der Druck auf die mittlere Vakuumkammern für das Schwungrad von normaler Größe, die gleich P in Bezug = 0, 0063 / 0,02 = 0,315 Pa.

Der Druck, der wesentlich größer als dieser Wert gilt für niedrige Vakuum, und wenn es deutlich niedriger ist - zu hoch ist (. Siehe oben Buch Rosanow LN, s.20-23). Es sollte angemerkt werden, dass der gleiche Wert des Knudsen-Kriterium auf eine andere Gasdruck entspricht, abhängig von der Größe und der Konfiguration einer Vakuumkammer. Beispielsweise ein Druck von 0,1 Pa - ist eine Hochvakuumkammer für ein Schwungrad Durchmesser und einer Höhe von 1 Meter und einem Spalt zwischen dem Schwungrad und die Wände von 0,01 m, der Druck von 0,315 Pa - ist, wie oben erwähnt, der Durchschnitt derselben Vakuumkammer . Aber wenn das Schwungrad von der Kammer zurückzuziehen, dann das größere Volumen des Druckmittelvakuum entspricht (wenn die Kammer mit einem Durchmesser von 1 m ein Zylinder geformt ist) ist etwa gleich 0,0063 Pa, und einem Druck von 0,1 Pa und einem Druck 0,315 Pa, Vakuum bereits niedrig ist. Allerdings ist eine solche physikalische Eigenschaften des Vakuums als aerodynamische Widerstand und thermische Leitfähigkeit, ist es abhängig von der Knudsen-Kriterium, und nicht auf der absoluten Gasdruck.

Um dieses Problem zu lösen und ein versicherungstechnisches Ergebnis in einem Schwungradantrieb mit einem Schwungrad zu erreichen und fahren mit den platzierten Träger in eine getrennt von evakuierten Kammern mit einem verdünntes Gas mit unterschiedlichen Vakuumniveaus darin gefüllt, wobei in der Kammer ein niedriges Vakuumniveau Antrieb mit Stützen gelegt wird, und eine Kammer, - mit einem hohen Unterdruckniveau wird Kammer Handantrieb mit Stützen von der Schwungradkammer getrennt angeordnet ist, mindestens eine Dichtung abgedichtet ausgebildet ist, zumindest im Modus der Schwungraddrehgeschwindigkeiten zu arbeiten, und der Gasdruck in den Kammern Antriebe und unterstützt eine höhere maximale Druckentlastungsturbomolekularpumpen und bezieht sich auf ein niedriges Vakuum mit Knudsen-Kriterium von weniger als 0,01 ist, und in der Schwungradkammer - bezieht sich auf ein Vakuum mit Knudsen-Kriterium über 0,01.

Weitere Varianten der Erfindung, bei denen es notwendig ist, dass:

- Dichtungen zwischen den Kammern würde aus hydrodynamischen;

- Dichtungen zwischen den Kammern würde statischen Typ gemacht werden;

- Dichtungen zwischen den Kammern hätte die kombinierte statisch-dynamischen Typ gemacht;

- Es würde mit komplementären Nockenantrieb und mit Stützen in der zusätzlichen Kammer von der Schwungradkammer, zumindest eine Dichtung abgedichtet gebildet, zumindest im Arbeitsmodus der Schwungradrotationsfrequenz getrennt angeordnet vorgesehen sein;

- Die Kammer würde mit Ventilen für Schwungrad Kamera Pfosten mit Kameras Laufwerke zur Verfügung gestellt werden und unterstützt bei niedrigeren Schwunggeschwindigkeit niedriger Arbeit;

- Die Höhe des Vakuums in der Schwungradkammer würde den Kriterien Knudsen, mindestens zwei Größenordnungen größer ist als die der Kammer und Träger passen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Schwungrad-Energiespeicher

1 zeigt ein allgemeines Schema Schwungradantrieb.

Abbildung 2 - der untere Dichtungssystem (im Schnitt).

Abbildung 3 - obere Dichtung Schema (im Schnitt).

Schwungradantrieb umfasst ein Schwungrad 1, die Welle 2 ist kinematisch mit den Antrieben verbunden ist, in diesem Fall zwei - Rotor 3 elektrische Maschinen in der Kammer 4 angeordnet, aus der Kammer 5 des Schwungrades 1 getrennt ist, die Dichtung 6 und mit einem mechanischen Antrieb, beispielsweise eine Welle, die eine Drehung Ausgangs Hohlräume abgedichtet und ein Wellengenerator 7 in der Kammer angeordnet 8 aus der Dichtungskammer 5 bis 9. Flexible Wellenzahnrad 10 getrennt Luft aus der Kammer 8, und ein Rad 11 starr mit der Abtriebswelle 12 ist in den atmosphärischen Bedingungen, unter Druck setzt. Unterstützt 13 und 14 sind in den Aktuatorkammern. Dichtungen 6 und 9, beispielsweise kombiniert Typ - Kreisel statisch (2 - 3, 6 und Dichtung - die Dichtung 9). Sie umfassen einen rotierenden Hohlraum 15 zusammen mit der Welle 2 und einem feststehenden Hohlraum 16 mit den Gehäusekammern. Der Ringspalt zwischen den Hohlräumen 17 sind mit Schmierfett in Vakuumsystemen verwendet, gefüllt ist. Zu der in Figur 2 links, 3 zeigt das Niveau des Schmiermittels in der Dynamik h, und rechts - mit einem festen Schwungrad 1 ist, wenn die Druckdifferenz in den Kammern 4, 5 und 8 nach der ausgeglichenen Differenzschmier Höhe H 100 ... 120 mm. Dabei Als Dynamik Öl wegen seiner Drehung abdestilliert. Allerdings möglich rein dynamische und statische rein (zum Beispiel magnetisch) Dichtungen zu verwenden.

Die Druckkammer 5 eingestellt ist, entsprechend der mittleren und Hochvakuum - ist von herkömmlicher Abmessungen für Kammer 5 und die Zwischenräume zwischen dem Schwungrad und den Wänden der Kammer etwa 0,1 ... 0,01 Pa oder Knudsen-Kriterium 0,6 ... 6 und 4 und 8 Zellen - 10 Pa und erreicht 100 Pa oder mehr Kriterien Knudsen unter 0,01 für alle wirklichen Dimensionen Schwungradantrieb - auf den niedrigen Vakuumniveau und deutlich größer als der maximale Abgabedruck der Turbomolekularpumpen entsprechen. Wünschenswert rarefied Gaskammern - Helium.

BEISPIEL ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Kammern 4, 5 und 8 mit der entsprechenden Vakuumpumpen entsprechenden Sollgasdruck, vorzugsweise Helium. Helium bietet, einerseits die reduzierte Verlustleistung für die Drehung des Schwungrades, und andererseits in einen hohen Wärmeübertragungsplatten. Es ist bekannt, dass Gase in geringen Mengen von Vakuum haben fast die gleiche Wärmeleitfähigkeit wie der Atmosphärendruck (siehe. Rozanov LN Vacuum Technology, MA, Graduate School, 1987, S. 25, Bild 2.2). Daher wird bei einem Druck oberhalb von 100 Pa und einer Kühlantriebsrotor 3 und dem Wellengenerator 7 wird zufriedenstellend sein. Zur gleichen Zeit sind und Schmierbedingungen die Anforderungen erfüllen, da der Druck von 100 Pa und oben wird nicht das aktive Gasfreisetzung und Verdampfen von Fett führen. Jedoch ist die Hauptwirkung der Vorrichtung, dass die Krafteinwirkung Druckdifferenz zwischen den Kammern 4, 5 und 8 vernachlässigbar sind - der Unterschied zwischen, beispielsweise 0,1 Pa in der Kammer 5 und 100 Pa in den Kammern 4 und 8 Ursachen alle Effekte 0,01 H 1 cm 2 der aktiven Fläche Dichtungen 6 und 9. Wenn die Dichtung normalem Atmosphärendruck in den Kammern 4 und 8 hat, wird die Kraft auf die Dichtung wäre 1000mal höher. Somit praktisch ohne Kühlmodus Antriebe zu stören und die Anforderungen an ihre Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit von Staub zunimmt, ermöglicht die Vorrichtung die Verwendung von einfachen Design Dichtungen 6 und 9, 2 bis 3 Grßenordnungen weniger intensiv als der Atmosphärendruck in den Kammern 4 und 8. ist bei einer viel geringeren Komplexität, Größe, Gewicht, Kosten, Leistungsverlust während der Drehung und im wesentlichen größere Haltbarkeit. Insbesondere in den Figuren 2 und 3 gezeigt kombinierte Dichtungs- und betreibbar, um die Druckdifferenz von 100 Pa in die Dynamik zu widerstehen und dem Schwungrad 1 im Stillstand.

Wenn nur die dynamischen Dichtungen, wie Kreisel- oder vintokanavochnye, deren Größen bemerkt Druckdifferenz wesentlich kleiner sein kann, 30 ... 50 mm in axialer Richtung. In diesem Fall sind die Ventile 18 und 19, die die Kammern 4 und 5 mit der Kamera 8 Arbeit verbindet, wenn die Drehzahl des Schwungrades 1 unten Betriebs reduzieren.

Im Falle von statischen Magnetartigen Dichtungen, deren Größe, Komplexität, die Kosten und den Verlust in Rotation viel kleiner als ein Differenzdruck von einem bar (100 kPa).

Industrielle Anwendung

Die vorliegende Erfindung erfüllt das Kriterium "industrielle Anwendbarkeit" wie möglich unter Verwendung bekannter Materialien und Produktionsmittel-Technologien.

Die Verwendung der vorliegenden Erfindung, eine Schwungradantrieb zu schaffen, hat einen hohen Wirkungsgrad, wenn sie ausreichend einfach ist, und die Zapf und Futter treibt das Schwungrad und das Schwungrad mehrere sein, die eine ausreichende Kühlung gewährleistet ist.

FORDERUNGEN

1. Schwungradantrieb ein Schwungrad und einen Antrieb umfasst, unterstützt in einer von evakuierten Kammern gefüllt mit einem verdünntes Gas mit unterschiedlichen Vakuumniveaus darin, in welcher Kammer ein niedriger Vakuumniveau mit den Stützen platziert Antrieb und einer Hochvakuumkammer mit einem Pegel getrennt platziert Schwungrad, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskammer mit Stützen von der Schwungradkammer getrennt ist, mindestens eine Dichtung, zumindest in der Arbeitsweise Schwungraddrehgeschwindigkeiten abgedichtet ausgebildet ist, und der Gasdruck in den Kammern Antriebe und unterstützt höhere Turbomolekularpumpen maximale Druck abzulassen und bezieht sich auf ein niedriges Vakuum Kriterium Knudsen unter 0,01, das Schwungrad und der Druck in der Vakuumkammer ein Kriterium Knudsen über 0,01 anzuwenden.

2. Schwungradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen den hydrodynamischen Kammern gebildet.

3. Schwungradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen den Kammern des statischen Typs hergestellt sind.

4. Schwungradspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen den Kammern kombiniert mit statisch-dynamischen Typ hergestellt sind.

5. Schwungradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer komplementären Nockenantrieb versehen ist, und mit Stützen in der zusätzlichen Kammer von der Schwungradkammer getrennt angeordnet ist, mindestens eine Dichtung abgedichtet gebildet, zumindest in dem Betriebsfrequenzmodus Schwungrad.

6. Schwungradantrieb nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern mit einer Schwungradkammer mit Ventilen zur Kommunikation vorgesehen sind, und unterstützt die Antriebskammern bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads unten arbeiten.

7. Schwungradantrieb nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumniveau in der Schwungradkammer Knudsen das Kriterium erfüllt, mindestens zwei Größenordnungen größer ist als die in den Kammern und Antrieb unterstützt.

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Erscheinungsdatum 16.02.2007gg