CN105864584B - 磁悬浮储能飞轮防爆环 - Google Patents

Abstract

磁悬浮储能飞轮防爆环，包括金属内环、能量吸收环、金属外环、粘结过度环、复合材料环，所述金属内环外部连接能量吸收环，所述能量吸收环外部连接金属外环，所述金属外环外圈缠绕粘结过度环，所述粘结过度环连接复合材料环。所述金属外环通过延长结构固定到壳体上，所述复合材料环与壳体之间具有缓冲间隙。所述能量吸收环由内金属层、蜂窝结构夹层和外金属层组成，所述内金属层连接蜂窝结构夹层，所述蜂窝结构夹层连接外金属层，所述蜂窝结构夹层截面为蜂窝型。

Description

磁悬浮储能飞轮防爆环

技术领域

本发明涉及储能飞轮安全防护领域，尤其涉及一种磁悬浮储能飞轮防爆环。

背景技术

磁悬浮储能飞轮（又称飞轮电池）是一种高效节能惯性储能装置，它采用磁悬浮轴承支撑，利用超高转速的飞轮转子储存能量,并通过机电能量转换装置实现机械能和电能的相互转换。基于其电能和机械能之间的转化效率高、能快速充电、免维护和具有良好的性价比等特点, 磁悬浮储能飞轮在电动汽车、航空航天、电网调峰、风力发电系统的不间断供电及军事等领域都有着广泛的应用前景。

磁悬浮储能飞轮的储能量由飞轮的转动惯量及运行转速决定的。随着科学技术的发展，对磁悬浮储能飞轮的储能量与储能密度要求都不断提高，使得飞轮转子储存了超高的动能，破坏的危险性极强，提高飞轮转子的安全防护显得尤为重要，磁悬浮储能飞轮的安全防护包括软件控制检测和设备的硬件防护，如电机刹车制动和磁悬浮轴承的保护轴承等，但对于高速大质量的转子发生破坏时，由于飞轮转子储存着大量能量需要释放，单靠设备本身壳体，不能形成可靠的防护，极易发生爆炸造成人身财产损失。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种安全可靠的磁悬浮储能飞轮防爆环。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种磁悬浮储能飞轮防爆环，包括金属内环、能量吸收环、金属外环、粘结过度环、复合材料环，所述金属内环外部连接能量吸收环，所述能量吸收环外部连接金属外环，所述金属外环外圈缠绕粘结过度环，所述粘结过度环连接复合材料环。

所述金属外环通过延长结构固定到壳体上，所述复合材料环与壳体之间具有缓冲间隙。

所述能量吸收环由内金属层、蜂窝结构夹层和外金属层组成，所述内金属层连接蜂窝结构夹层，所述蜂窝结构夹层连接外金属层，所述蜂窝结构夹层截面为蜂窝型。

所述蜂窝结构夹层由金属制成，所述复合材料环包括玻璃纤维层、碳纤维层。

有益效果：

金属内环外部连接能量吸收环，所述能量吸收环外部连接金属外环，金属内环、能量吸收环、金属外环三者之间采用过盈连接，所述金属外环外圈缠绕粘结过度环，所述粘结过度环连接复合材料环，所述金属外环通过延长结构固定到壳体上，所述复合材料环与壳体之间具有缓冲间隙，内金属环采用耐磨金属材料，外金属环为高强度金属材料，主要起到支撑稳固夹层的作用。复合材料环采用环向强度高的非金属复合材料，如碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等。当飞轮转子发生破坏时，首先会撞击到金属内环，通过金属内环把能量传递给能量吸收环，能量吸收环的蜂窝夹层结构具有优异的缓冲吸能性能，如果能量过大导致能量溢出，防爆环仍能很好的保证设备的安全。

在大转动惯量超高速转子发生破坏时，转子或转子的碎片会以极高的速度撞击壳体，如果壳体局部受到强大的冲击，会导致壳体破裂而发生爆炸，而这种磁悬浮储能飞轮防爆环通过结构的改变与材料的塑性变形来吸收转子的动能，利用碳纤维复合材料的结构特性防止爆破。

这种磁悬浮储能飞轮防爆环的内层采用了蜂窝网格结构的金属夹层。独特的蜂窝夹层结构提供了优异的缓冲性能，并且在强大的冲击下能通过塑性变形迅速吸收能量，蜂窝夹层结构近似各向同性，结构稳定性好，不易变形，与其他各种结构相比，具有抗冲击性好、缓冲性好、材质消耗少，比强度和比刚度高，重量轻等特点。

这种磁悬浮储能飞轮防爆环的外层采用了碳纤维复合材料，它利用了碳纤维环的弹性模量低，环向强度高的特点，最重要的是碳纤维环的层状结构和复合材料的特性，即使局部受到冲击力过大导致碳纤维丝的局部断裂，但不会影响到其他部位的碳纤维丝，发生整体破环，从而达到防爆的作用，即使碳纤维环发生破环，碳纤维丝会成为絮状，不会飞溅造成破环。

这种磁悬浮储能飞轮防爆环能最大程度的保证磁悬浮储能飞轮的设备安全和人身安全，提高了飞轮壳体的抗冲击能力，使得磁悬浮储能飞轮具有百分之百的安全可靠性，与具有同等强度的防护装置相比，防爆环的质量减轻30%以上，而且安全可靠度更高，在磁悬浮储能飞轮的研发与试验的阶段，软硬件的防护还不全面，此防爆环作为安全防护的有力屏障，其价值不可估量，安全可靠。

附图说明

图1为本发明所述的磁悬浮储能飞轮防爆环结构示意图。

图2为本发明所述的磁悬浮储能飞轮防爆环截面结构示意图。

具体实施方式

一种磁悬浮储能飞轮防爆环，包括金属内环1、能量吸收环2、金属外环3、粘结过度环4、复合材料环5，所述金属内环1外部连接能量吸收环2，所述能量吸收环2外部连接金属外环3，金属内环1、能量吸收环2、金属外环3三者之间采用过盈连接，所述金属外环3外圈缠绕粘结过度环4，所述粘结过度环4连接复合材料环5。

所述金属外环3通过延长结构固定到壳体上，所述复合材料环5与壳体之间具有缓冲间隙。

所述能量吸收环2由内金属层6、蜂窝结构夹层7和外金属层8组成，所述内金属层连接蜂窝结构夹层，所述蜂窝结构夹层连接外金属层，所述蜂窝结构夹层7截面为蜂窝型，所述蜂窝结构夹层7由金属制成，内金属环采用耐磨金属材料，外金属环为高强度金属材料，主要起到支撑稳固夹层的作用。

所述复合材料环5包括玻璃纤维层9、碳纤维层10，玻璃纤维层9起到外金属层8与碳纤维层10之间连接过度的作用,复合材料环采用环向强度高的非金属复合材料，如碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等。当飞轮转子发生破坏时，首先会撞击到金属内环，通过金属内环把能量传递给能量吸收环，能量吸收环的蜂窝夹层结构具有优异的缓冲吸能性能，如果能量过大导致能量溢出，防爆环仍能很好的保证设备的安全。

在大转动惯量超高速转子发生破坏时，转子或转子的碎片会以极高的速度撞击壳体，如果壳体局部受到强大的冲击，会导致壳体破裂而发生爆炸，而这种磁悬浮储能飞轮防爆环通过结构的改变与材料的塑性变形来吸收转子的动能，利用碳纤维复合材料的结构特性防止爆破。

这种磁悬浮储能飞轮防爆环采用了蜂窝网格结构的金属夹层。独特的蜂窝夹层结构提供了优异的缓冲性能，并且在强大的冲击下能通过塑性变形迅速吸收能量，蜂窝夹层结构近似各向同性，结构稳定性好，不易变形，与其他各种结构相比，具有抗冲击性好、缓冲性好、材质消耗少，比强度和比刚度高，重量轻等特点。

这种磁悬浮储能飞轮防爆环的外层采用了碳纤维复合材料，它利用了碳纤维环的弹性模量低，环向强度高的特点，最重要的是碳纤维环的层状结构和复合材料的特性，即使局部受到冲击力过大导致碳纤维丝的局部断裂，但不会影响到其他部位的碳纤维丝，发生整体破环，从而达到防爆的作用，即使碳纤维环发生破环，碳纤维丝会成为絮状，不会飞溅造成破环。

这种磁悬浮储能飞轮防爆环能最大程度的保证磁悬浮储能飞轮的设备安全和人身安全，提高了飞轮壳体的抗冲击能力，使得磁悬浮储能飞轮具有百分之百的安全可靠性，与具有同等强度的防护装置相比，防爆环的质量减轻30%以上，而且安全可靠度更高，在磁悬浮储能飞轮的研发与试验的阶段，软硬件的防护还不全面，此防爆环作为安全防护的有力屏障，其价值不可估量，安全可靠。

Claims (1)

1.一种磁悬浮储能飞轮防爆环，其特征是:包括金属内环、能量吸收环、金属外环、粘结过度环、复合材料环，所述金属内环外部连接能量吸收环，所述能量吸收环外部连接金属外环，所述金属外环外圈缠绕粘结过度环，所述粘结过度环连接复合材料环；所述金属外环通过延长结构固定到壳体上，所述复合材料环与壳体之间具有缓冲间隙；所述能量吸收环由内金属层、蜂窝结构夹层和外金属层组成，所述内金属层连接蜂窝结构夹层，所述蜂窝结构夹层连接外金属层，所述蜂窝结构夹层截面为蜂窝型；所述蜂窝结构夹层由金属制成，所述复合材料环包括玻璃纤维层、碳纤维层，碳纤维环发生破环，碳纤维丝会成为絮状，不会飞溅造成破环。