一种并联发电式的联动机械弹性储能箱 |
|||||||
| 申请号 | CN201710216588.8 | 申请日 | 2017-04-05 | 公开(公告)号 | CN106894956A | 公开(公告)日 | 2017-06-27 |
| 申请人 | 华北电力大学(保定); | 发明人 | 米增强; 郑晓明; 余洋; 汤敬秋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种并联发电式的联动机械弹性储能箱，包括储能箱 箱体 、储能箱芯轴及多个储能介质，在储能箱箱体的轴向两端分别封装左端盖及右端盖，在右端盖的中心同轴嵌装储能电磁 离合器 的从动轴，在储能箱箱体内同轴穿装一储能箱芯轴，储能箱芯轴的左端从左端盖穿出，储能箱芯轴的右端在储能箱箱体内且连接发电电磁离合器的从动轴，在储能箱箱体内的储能箱芯轴上套装多个储能介质，在每个储能介质内均安装有一平面蜗卷 弹簧 。本发明发电时通过控制离合器使储能系统转换为并联式结构，极大的提高了其最大输出功率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种并联发电式的联动机械弹性储能箱，其特征在于：包括储能箱箱体、储能箱芯轴及多个储能介质，在储能箱箱体的轴向两端分别封装左端盖及右端盖，在右端盖的中心同轴嵌装储能电磁离合器的从动轴，在储能箱箱体内同轴穿装一储能箱芯轴，储能箱芯轴的左端从左端盖穿出，储能箱芯轴的右端在储能箱箱体内且连接发电电磁离合器的从动轴，在储能箱箱体内的储能箱芯轴上套装多个储能介质，在每个储能介质内均安装有一平面蜗卷弹簧。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种并联发电式的联动机械弹性储能箱技术领域[0001] 本发明公开了一种并联发电式的联动机械弹性储能箱结构设计方法，属于储能与机械制造领域。 背景技术[0002] 机械弹性储能系统储能元件为机械弹性储能箱，每个储能箱内部有若干个储能介质，储能介质为大型平面蜗卷弹簧。以往的串联联动式机械弹性储能箱的发电时过程和储能过程相反，是首尾联动式，也就是说储能介质的弹性势能要通过储能箱的转动转化为动能进一步通过永磁同步发电机转化为电能，储能箱外壁质量很大，导致其加减速都很缓慢，从而不仅导致整个系统反应缓慢而且在控制储能箱转速的过程中有相当的能量损失，进一步降低了整个储能系统的效率。同时，增加储能箱的个数，只能增加整个储能系统的发电运行时间，储能系统的最大输出转矩仍和单个储能箱相同，在一些时间较短但需求功率较大的场合并不适用。 [0003] 本发明设计了一种储能过程和传统串联联动式储能箱相同，但发电时所有储能介质能同时作用于永磁同步电机转轴从而可以最大限度的提高机械弹性储能系统输出功率的结构，对本系统在一些大功率场合的应用有重要的意义。 发明内容[0005] 本发明所述的问题是由以下技术方案实现的： [0006] 一种并联发电式的联动机械弹性储能箱，包括储能箱箱体、储能箱芯轴及多个储能介质，在储能箱箱体的轴向两端分别封装左端盖及右端盖，在右端盖的中心同轴嵌装储能电磁离合器的从动轴，在储能箱箱体内同轴穿装一储能箱芯轴，储能箱芯轴的左端从左端盖穿出，储能箱芯轴的右端在储能箱箱体内且连接发电电磁离合器的从动轴，在储能箱箱体内的储能箱芯轴上套装多个储能介质，在每个储能介质内均安装有一平面蜗卷弹簧。 [0007] 而且，多个储能箱连接组成机械弹性储能系统，具体的连接方式为：永磁同步电动机转轴插入首个储能箱储能电磁离合器主动轴的卡槽，首个储能箱芯轴左端依次插入第二个储能箱储能电磁离合器主动轴和发电电磁离合器主动轴的卡槽，第二个储能箱芯轴左端依次插入第三个储能箱储能电磁离合器主动轴和发电电磁离合器主动轴的卡槽，根据实际需求直至第N个储能箱，第N个储能箱芯轴左端通过联轴器和永磁同步发电机转轴连接，从而构成了一个机械弹性储能系统。 [0008] 而且，多个储能介质与储能箱箱体的环壁通过螺钉固定。 [0009] 而且，在储能箱芯轴的外壁沿轴向一体制有一条芯轴凸键，所述的储能介质中心制有与芯轴及凸键适配的通孔。 [0010] 本发明的具体工作方式为: [0011] (1)储能时，储能离合器得电接合，发电离合器失电分离，电动机带动首个储能箱箱体旋转，拧紧首个储能箱储能介质，储能介质带动首个储能箱芯轴旋转，进而带动第二个储能箱箱体旋转，第二个储能箱箱体拧紧其储能介质进而带动其芯轴旋转，进而带动第三个储能箱箱体旋转以此类推，直至第N个储能箱芯轴，其和永磁同步发电机连接在一起，发电时固定不动，这样随着电动机的运行，各个储能箱储能介质被依次拧紧，储能完毕。 [0012] (2)发电时，储能离合器失电分离，发电离合器得电接合，储能箱箱体固定动，这时发现，全部N个储能箱的储能介质同时作用在储能箱芯轴上，其受到的最大转矩为单个储能箱的N倍，放开储能箱芯轴，储能介质释放带动储能箱芯轴进而带动永磁同步发电机发电，而且由于储能箱的弹性势能不再通过储能箱旋转产生的动能再通过永磁同步发电机发电，而且直接作用于芯轴带动永磁同步电机，芯轴的质量和转动惯量要远远小于储能箱箱体，在大转矩和小的转动惯量的双重作用下，电机转速增加会非常迅速，能量。 [0013] 本发明的优点及有益效果： [0014] (1)储能时永磁同步电机最大输出转矩和单个储能箱最大转矩相同，可以用功率较小的永磁同步电机动带动大容量的储能系统储能。 [0016] 图1是储能箱轴向剖面图； [0017] 图2是储能箱径向剖面图； [0018] 图3是串联发电式机械弹性储能系统储能发电过程输入输出转矩特性(储能过程)； [0019] 图4是串联发电式机械弹性储能系统储能发电过程输入输出转矩特性(发电过程)； [0020] 图5是并联发电式机械弹性储能系统储能发电过程输入输出转矩特性(储能过程)； [0021] 图6是并联发电式机械弹性储能系统储能发电过程输入输出转矩特性(发电过程)； [0022] 图7是并联发电式机械弹性储能系统多级装配示意图； [0023] 图8是并联发电式机械弹性储能系统储能运行等效示意图； [0024] 图9是并联发电式机械弹性储能系统发电运行等效示意图； [0025] 图中标号为：1-左端盖；2-储能箱芯轴；3-储能介质；4-螺钉；5-发电电磁离合器从动轴；6-发电电磁离合器主动轴；7-储能电磁离合器从动轴；8-储能电磁离合器主动轴；9-储能箱箱体；10-右端盖。 具体实施方式[0026] 下面结合附图对本发明作进一步说明： [0027] 如图1至图4所示，一种发电时可并联运行的联动机械弹性储能箱，包括储能箱箱体9、储能箱芯轴2及多个储能介质3，所述储能箱箱体为圆筒形，在储能箱箱体的轴向两端分别封装左端盖1及右端盖10，在右端盖的中心同轴嵌装储能电磁离合器的从动轴7，在储能箱箱体内同轴穿装一储能箱芯轴，储能箱芯轴的左端从左端盖穿出，储能箱芯轴的右端在储能箱箱体内且连接发电电磁离合器的从动轴5，在储能箱箱体内的储能箱芯轴上套装多个储能介质，所述的储能介质也为圆筒形。在每个储能介质内均安装有一平面蜗卷弹簧。 [0028] 多个储能介质与储能箱箱体的环壁通过螺钉4固定，为了防止储能介质绕芯轴转动，在储能箱芯轴的外壁沿轴向一体制有一条芯轴凸键，所述的储能介质中心制有与芯轴及凸键适配的通孔。 [0029] 多个储能箱组成机械弹性储能系统的方式为：永磁同步电动机转轴插入首个储能箱储能电磁离合器主动轴8的卡槽从而紧固在一起，首个储能箱芯轴2左端依次插入第二个储能箱储能电磁离合器主动轴8和发电电磁离合器主动轴6的卡槽从而紧固在一起，第二个储能箱芯轴2左端依次插入第三个储能箱储能电磁离合器主动轴8和发电电磁离合器主动轴6的卡槽的卡槽从而紧固在一起，以此类推，根据实际需求直至第N个储能箱，第N个储能箱芯轴2左端通过联轴器和永磁同步发电机转轴连接，从而构成了一个机械弹性储能系统。 [0030] 本发明的工作过程为： [0031] 储能时，储能离合器得电主动轴8和从动轴10接合，发电离合器失电主动轴6和从动轴5分离，永磁同步电动机通过接合的主动轴8和从动轴10带动首个储能箱箱体9旋转，拧紧首个储能箱储能介质3，储能介质3带动首个储能箱芯轴2旋转，进而通过接合的主动轴8和从动轴10带动第二个储能箱箱体9旋转，第二个储能箱箱体9拧紧其储能介质储能介质3带动其芯轴2旋转，进而通过接合的主动轴8和从动轴10带动第三个储能箱箱体旋转，以此类推，直至第N个储能箱芯轴2，其和永磁同步发电机转轴连接在一起，发电时被固定，这样随着电动机的运行，各个储能箱储能介质被依次拧紧，储能完毕。 [0032] 发电时，储能离合器失电主动轴8和从动轴10分离，发电离合器得电主动轴6和从动轴5接合，储能箱箱体9被固定，这时发现，全部N个储能箱的储能介质3同时作用在通过发电离合器接合从而连接在一起的储能箱芯轴2上，其受到的最大转矩为单个储能箱的N倍，放开第N储能箱芯轴2，由于首个储能箱芯轴发电离合器无任何连接可自由运动，所有储能箱储能介质3同时释放带动相互两两连接的储能箱芯轴2进而带动永磁同步发电机发电。如图3和图4所示，储能过程本发明和常规串联联动式储能系统相同，可以看出，随着储能箱数量的增加，电动机最大输出转矩不变，只是储能时间相应的增加，发电过程传统串联联动式储能系统随着储能箱数量的增加，储能系统最大输出转矩不变，只是相应的发电时间增加，如图5和图6所示，而本发明则是发电时间不变，储能系统最大输出转矩相应的增加。同时由于储能箱的弹性势能的释放不再通过储能箱箱体的旋转，而且直接作用于芯轴带动永磁同步发电机，芯轴的质量和转动惯量要远远小于储能箱箱体，在大转矩和小转动惯量的双重作用下，电机转速增加会非常迅速，能量释放也会更加快速，适用于大功率场合。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈