CN102116360B

CN102116360B - 一种真空容器内的飞轮装置

Info

Publication number: CN102116360B
Application number: CN2011100386408A
Authority: CN
Inventors: 蒋书运; 王洪昌
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: CN102116360A

Abstract

本发明公开了一种真空容器内的飞轮装置，包括飞轮本体、滚动轴承、轴承安装套、真空密封容器和冷却装置，冷却装置包括内管、外管、加载弹簧、轴承加载环、圆板、圆环、水泵和冷却水箱，加载弹簧一端抵压在轴承加载环的顶面，另一端抵压在真空密封容器顶盖的内壁，使得轴承加载环的底面可与滚动轴承的顶面相触；外管的下部嵌在轴承加载环的内壁中,外管的上部设有进水口；内管的上部设有出水口；外管顶端与内管之间设有圆环，外管底端与圆板固定连接；内管的出水口与冷却水箱的入水口连通，冷却水箱的排水口通过水泵与外管的进水口连通。该结构的飞轮装置，使得轴承能够及时散热，延长飞轮装置的使用寿命，保障飞轮装置的运转安全。

Description

一种真空容器内的飞轮装置

技术领域

本发明涉及一种飞轮装置，尤其是一种真空容器内的飞轮装置。

背景技术

近年来，随着核工业、航空工业、电力工业、船舶工业、石油化工等行业的迅速发展，高速旋转机械，例如飞轮装置，常常放置于真空密封容器内运行。这样可以减少高速旋转机械在运转中的风损。在行业内，将飞轮装置放置在真空密封容器内运转已是司空见惯。飞轮装置由于做高速旋转，在运转过程中会产生大量的热。由于飞轮装置设置在真空密封容器中，飞轮装置在运转过程中产生的热仅仅散发到真空环境中，所以飞轮装置中的轴承散热受阻。尤其是在高速工况下，轴承散热不畅，会导致轴承提前失效，从而缩短飞轮装置的使用寿命，甚至危害到整个飞轮装置的运转安全。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是，提供一种真空容器内的飞轮装置，使得飞轮装置中的轴承能够及时散热，延长飞轮装置的使用寿命，保障整个飞轮装置的运转安全。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明的一种真空容器内的飞轮装置，包括带有转轴的飞轮本体、滚动轴承、轴承安装套和真空密封容器，轴承安装套位于真空密封容器中，滚动轴承嵌在轴承安装套的内壁中，飞轮本体上的转轴与滚动轴承相配合，还包括冷却装置，该冷却装置包括内管、外管、加载弹簧、轴承加载环、圆板、圆环、水泵和冷却水箱，所述的水泵和冷却水箱位于真空密封容器的外侧；所述的轴承加载环嵌在轴承安装套的内壁中，轴承加载环与轴承安装套间隙配合；所述的加载弹簧一端抵压在轴承加载环的顶面，另一端抵压在真空密封容器顶盖的内壁，使得轴承加载环的底面可与滚动轴承的外圈顶面相触；所述的外管的下部嵌在轴承加载环的内壁中,外管的上部穿出顶盖，外管的上部设置有进水口；外管与顶盖固定连接，并且外管和顶盖的接触面上设置有密封圈；所述的内管位于外管中，并且内管的上部位于外管的上方，内管的上部设置有出水口；外管顶端与内管之间设有圆环，外管的底端与圆板固定连接；内管的出水口通过管道与冷却水箱的入水口连通；冷却水箱的排水口通过水泵与外管的进水口连通。

所述的外管和轴承加载环的接触表面上涂有导热硅脂；轴承加载环和轴承安装套的接触表面上涂有导热硅脂；轴承加载环和滚动轴承的接触表面上涂有导热硅脂。

有益效果：与现有技术相比，采用本发明的技术方案的有益效果是：

1. 飞轮装置中的轴承能够及时散热，延长飞轮装置的使用寿命，保障整个飞轮装置的运转安全。本技术方案中，飞轮装置中增加了冷却装置。该冷却装置包括了内管、外管、加载弹簧、轴承加载环、圆板、圆环、水泵和冷却水箱。滚动轴承在高速运转中产生的热量通过轴承安装套和轴承加载环，传递给外管。冷却水从冷却水箱排出，进入外管和内管之间的空隙并向下流淌。这时，冷却水吸收外管积累的热量，温度升高。随后，冷却水在内管中，从下往上流出。随后，冷却水进入冷却水箱。在冷却水箱中，对冷却水进行降温处理。最后，冷却水又进入水泵中。如此循环。冷却水间接吸收滚动轴承在运转中产生的热量，使得飞轮装置中的滚动轴承能够及时散热，延长飞轮装置的使用寿命，保障整个飞轮装置的运转安全。

2. 通过加载弹簧对滚动轴承施加轴向力，保障整个飞轮装置的运转安全。在本技术方案中，加载弹簧一端抵压在轴承加载环的顶面，另一端抵压在真空密封容器顶盖的内壁，使得轴承加载环的底面可与滚动轴承的外圈顶面相触。加载弹簧通过轴承加载环，可以对滚动轴承施加轴向力。在高速旋转的工况下，转子的长度会因泊松效应和热胀冷缩效应发生变化，而加载弹簧可以保证施加合适的轴向预载力，使得飞轮装置中的转子在轴向变化自如，而不会产生额外的负载，影响滚动轴承的寿命。

3. 导热效率高，会加快滚动轴承的散热效率。在本技术方案中，外管和轴承加载环的接触表面上涂有导热硅脂；轴承加载环和轴承安装套的接触表面上涂有导热硅脂；轴承加载环和滚动轴承的接触表面上涂有导热硅脂。涂抹导热硅脂，会增加零件之间的导热效率。

4. 冷却装置结构简单、成本低廉、方便操作、可靠性高。本技术方案中，冷却装置主要由内管、外管、冷却水箱、加载弹簧、轴承加载环和水泵组成。这些组成零部件都是常见的零部件，不需要特别加工制作。内管和外管可选用铝管型材。外管和水泵之间通过管道连接即可，内管和冷却水箱通过管道连接即可。轴承加载环套装在轴承安装套和外管之间即可。加载弹簧放置在轴承加载环和真空密封容器顶盖之间即可。整个冷却装置的结构简单，成本低廉。操作时，只需要启动位于真空密封容器外部的水泵即可。操作方便，并且可靠性高。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图。

图中有：内管1、外管2、顶盖3、加载弹簧4、轴承加载环5、圆板6、滚动轴承7、转轴8、飞轮本体9、轴承安装套10、真空密封容器11、密封圈12、圆环13、水泵14、冷却水箱15。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体的阐述。

如图1所示，本发明的一种真空容器内的飞轮装置，包括带有转轴8的飞轮本体9、滚动轴承7、轴承安装套10、真空密封容器11和冷却装置。转轴8固定连接在飞轮本体9的两端。轴承安装套10位于真空密封容器11中。滚动轴承7嵌在轴承安装套10的内壁中。轴承安装套10和滚动轴承7优先采用过渡配合。飞轮本体9上的转轴8与滚动轴承7相配合。冷却装置包括内管1、外管2、加载弹簧4、轴承加载环5、圆板6、圆环13、水泵14和冷却水箱15。水泵14和冷却水箱15位于真空密封容器11的外侧。轴承加载环5嵌在轴承安装套10的内壁中，轴承加载环5与轴承安装套10间隙配合。间隙配合可以保证轴承加载环5可以在轴承安装套10中作轴向运动，为滚动轴承7加载轴向力。加载弹簧4一端抵压在轴承加载环5的顶面，另一端抵压在真空密封容器11顶盖3的内壁，使得轴承加载环5的底面可与滚动轴承7的外圈顶面相触。加载弹簧4通过轴承加载环5，可以对滚动轴承7施加轴向力。对于角接触的滚动轴承7而言，必须施加一定的轴向预载力才能使得滚动轴承7可以高速转动。尤其在高速旋转的工况下，转子的长度会因泊松效应和热胀冷缩效应发生变化，而加载弹簧4可以保证施加合适的轴向预载力，使得飞轮装置中的转子在轴向变化自如，而不会产生额外的负载，影响滚动轴承7的寿命。外管2的下部嵌在轴承加载环5的内壁中,外管2的上部穿出顶盖3。外管2与顶盖3固定连接。为了保证真空密封容器11的密封性，外管2和顶盖3的接触面上设置有密封圈12。外管2的上部设置有进水口。内管1位于外管2中，并且内管1的上部位于外管2的上方。内管1的上部设置有出水口。外管2顶端与内管1之间设有圆环13。外管2的底端与圆板6固定连接。当然，圆板6和外管2也可以是一体式结构。这样更能保证外管2的底部不会漏水。内管1的出水口通过管道与冷却水箱15的入水口连通，冷却水箱15的排水口通过水泵14与外管2的进水口连通。

该结构的真空容器内的飞轮装置的工作过程是：在高速旋转过程中，滚动轴承7产生了大量的热。热量传递有两条路径。第一条路径是：热量从滚动轴承7传递到轴承安装套10中，轴承安装套10又将热量传递给轴承加载环5，轴承加载环5再将热量传递给外管2。由于加载弹簧4的作用，使得轴承加载环5的底面可与滚动轴承7的外圈顶面直接接触，所以第二条路径是：热量从滚动轴承7直接传递到轴承加载环5，轴承加载环5再将热量传递给外管2。不管是第一条路径，还是第二条路径，热量最终都传递到外管2。启动水泵14，将冷却水从冷却水箱15抽送到外管2的进水口。随后，冷却水沿着外管2和内管1之间的空隙向下流淌。这时，冷却水吸收外管2积累的热量，温度升高。接着，温度升高的冷却水在外管2的底端进入内管1中。然后，在内管1中，冷却水从下而上流到内管1的出水口。通过水管的连通，冷却水进入冷却水箱15。在冷却水箱15中，对冷却水进行降温处理。最后，降温的冷却水又进入水泵14中。如此循环。冷却水间接吸收滚动轴承7在运转中产生的热量，使得飞轮装置中的滚动轴承7能够及时散热，延长飞轮装置的使用寿命，保障整个飞轮装置的运转安全。

进一步，所述的外管2和轴承加载环5的接触表面上涂有导热硅脂；轴承加载环5和轴承安装套10的接触表面上涂有导热硅脂；轴承加载环5和滚动轴承7的接触表面上涂有导热硅脂。涂抹导热硅脂，会增加零件之间的导热效率。在外管2和轴承加载环5的接触表面上涂有导热硅脂，轴承加载环5向外管2的壁面传递热量的效率就会提高。在轴承加载环5和轴承安装套10的接触表面上涂有导热硅脂，轴承安装套10向轴承加载环5传递热量的效率就会提高。在轴承加载环5和滚动轴承7的接触表面上涂有导热硅脂，滚动轴承7向轴承加载环5传递热量的效率就会提高。导热效率高，会加快滚动轴承的散热效率，从而可以延长飞轮装置的使用寿命，保障整个飞轮装置的运转安全。

进一步，为了加强导热性能，所述的轴承安装套10、轴承加载环5和外管2均由导热材料制成。其中，轴承安装套10、轴承加载环5和外管2均优选由铝合金制成。

Claims

1.一种真空容器内的飞轮装置，包括带有转轴（8）的飞轮本体（9）、滚动轴承（7）、轴承安装套（10）和真空密封容器（11），轴承安装套（10）位于真空密封容器（11）中，滚动轴承（7）嵌在轴承安装套（10）的内壁中，飞轮本体（9）上的转轴（8）与滚动轴承（7）相配合，其特征在于，还包括冷却装置，该冷却装置包括内管（1）、外管（2）、加载弹簧（4）、轴承加载环（5）、圆板（6）、圆环（13）、水泵（14）和冷却水箱（15），所述的水泵（14）和冷却水箱（15）位于真空密封容器（11）的外侧；所述的轴承加载环（5）嵌在轴承安装套（10）的内壁中，轴承加载环（5）与轴承安装套（10）间隙配合；所述的加载弹簧（4）一端抵压在轴承加载环（5）的顶面，另一端抵压在真空密封容器（11）顶盖（3）的内壁，使得轴承加载环（5）的底面可与滚动轴承（7）的外圈顶面相触；所述的外管（2）的下部嵌在轴承加载环（5）的内壁中,外管（2）的上部穿出顶盖（3），外管（2）的上部设置有进水口；外管（2）与顶盖（3）固定连接，并且外管（2）和顶盖（3）的接触面上设置有密封圈（12）；所述的内管（1）位于外管（2）中，并且内管（1）的上部位于外管（2）的上方，内管（1）的上部设置有出水口；外管（2）顶端与内管（1）之间设有圆环（13），外管（2）的底端与圆板（6）固定连接；内管（1）的出水口通过管道与冷却水箱（15）的入水口连通；冷却水箱（15）的排水口通过水泵（14）与外管（2）的进水口连通。

2.按照权利要求1所述的真空容器内的飞轮装置，其特征在于，所述的外管（2）和轴承加载环（5）的接触表面上涂有导热硅脂；轴承加载环（5）和轴承安装套（10）的接触表面上涂有导热硅脂；轴承加载环（5）和滚动轴承（7）的接触表面上涂有导热硅脂。

3.按照权利要求1或2所述的真空容器内的飞轮装置，其特征在于，所述的轴承安装套（10）和滚动轴承（7）采用过渡配合。

4.按照权利要求3所述的真空容器内的飞轮装置，其特征在于，轴承安装套（10）、轴承加载环（5）和外管（2）均由铝合金制成。

5.按照权利要求4所述的真空容器内的飞轮装置，其特征在于，所述的圆板（6）和外管（2）是一体式结构。

6.按照权利要求1所述的真空容器内的飞轮装置，其特征在于，所述的轴承安装套（10）、轴承加载环（5）和外管（2）均由导热材料制成。