CN112615488B - 一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，涉及储能飞轮技术领域，通过本发明加工的飞轮转子组件在工作状态下，飞轮转子组件靠两端的右端径向磁轴承转子和左端径向磁轴承转子弹性支撑做立式旋转运动，根据飞轮转子结构特性把飞轮转子合理简化为由无质量弹性轴与刚性薄圆盘构成的旋转结构，为储能飞轮其他部件的结构设计提供参考依据，为储能飞轮工业化、产品化提供帮助等，本发明具有结构简单，制造方便等特点，适合大范围的推广和应用。

Description

一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法
技术领域
本发明涉及储能飞轮技术领域，具体涉及一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法。
背景技术
已知的，飞轮储能技术已经应用于电力系统电网调频、削峰填谷、风电与光伏发电并网、轻轨制动动能再生、不间断电源(UPS)、高功率脉冲电源、卫星储能/姿控等众多领域，美国、德国、日本等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较多。日本已经制造出在世界上容量最大的变频调速飞轮蓄能发电系统(容量26.5MVA,电压1100V,转速510690r/min,转动惯量710t•m2)。美国马里兰大学也已研究出用于电力调峰的24kwh的电磁悬浮飞轮系统。飞轮重172.8kg,工作转速范围11,610—46,345rpm,破坏转速为48,784rpm,系统输出恒压110-240V,全程效率为81%。经济分析表明,运行3年时间可收回全部成本。飞轮储能技术在美国发展得很成熟,他们制造出一种装置,在空转时的能量损耗达到0.1%每小时。欧洲的法国国家科研中心、德国的物理高技术研究所、意大利的SISE均正开展高温超导磁悬浮轴承的飞轮储能系统研究。
我国在飞轮储能方面的研究起步较晚，目前飞轮储能技术难点主要集中在转子材料及制造和电磁轴承等方面，除清华大学等高等院校在转子及电磁轴承方面有一些研究和进展外，一些企业通过收购国外公司后具备生产相关产品的能力，且技术严重依靠国外技术团队支撑，这就导致这些公司在自主技术方面的薄弱性，而且一些材料方面也严重需要进口，为后期实际产品运行检修维护埋下隐患等。
因此，如何提供一种完全拥有自主知识产权的飞轮储能技术就显得尤为重要，而在飞轮储能技术中，飞轮转子组件是其中的关键部件之一，那么如何提供一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，本发明为储能飞轮其他部件的结构设计提供参考依据，为储能飞轮工业化、产品化提供帮助等。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，所述加工方法具体包括如下步骤：
第一步、转子锻件毛坯准备和检验：
1）、首先按照图纸、公司的有关TO 系列厂标和锻件上的永久标识检验锻件的基本质量特性；
2）、检测或查验锻件本体试样测试的化学成分、机械性能和探伤结果，并存档；
第二步、划线检查毛坯余量，做中心孔；
第三步、粗车：
1）、车锻件两端面、长端各外圆，粗车时如有黑皮，及时报告质量或有关人员；
2）、架中心支架，找正；
3）、车长端轴向尺寸，做中心孔；
4）、掉头，加工各外圆；
5）、架中心支架，找正；
6）、车短端轴向尺寸，做中心孔；
第四步、半精车：
1）、车锻件端面、长端各外圆；
2）、架中心支架，找正；
3）、车长端轴向尺寸，刮研中心孔至一定的几何精度；
4）、掉头，加工各外圆；
5）、架中心支架，找正；
6）、车短端轴向尺寸，刮研中心孔至一定的几何精度；
第五步、精车：
1）、车长端各轴向尺寸、各外圆、各处螺纹；
2）、掉头，车短端轴向尺寸；
第六步、打标记：
1）、在转子指定位置打永久标记；
2）、标记内容按质量附随卡要求执行；
第七步、铣扁；
第八步、检验；
第九步、安装短侧矽钢片：
1）、将转子短轴侧安装吊环和吊带，用天车进行起吊，缓慢平稳的将转子居中放入工装中；
2）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
3）、将转子下端径向传感器检测环、转子下端保护环、铱套分别放入烤箱加热，用隔热手套依次迅速将其取出，套入转子上，并用工装压环压紧；
4）、将锁紧螺母没有孔的一侧面向铱套拧入，并用扳手将其拧紧；
第十步、安装长端矽钢片、磁钢：
1）、将转子短轴侧安装吊环和吊带，用天车进行起吊，然后缓慢平稳的平放在轮胎上，将转子长轴侧安装吊环和吊带，用天车进行起吊，缓慢平稳的将转子居中放入工装中；
2）、将电机转子下端隔磁环放入烤箱加热，用隔热手套迅速将其取出，小端面向转子侧套入转子上，并用工装压环压紧；
3）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
4）、工装压紧矽钢片，用检测仪检测磁钢，负极面标记横杠，在正极面涂胶，涂胶的一面向下放入矽钢片槽中，用磁钢下压工装将磁钢压到底部，一圈一圈的放入，每放入三层用检测贴片贴在矽钢片上进行检测，漏装磁钢的位置检测贴片会显示空白，安装10层磁钢后，用工装将磁钢压紧；
5）、将填充块A和B分别每10个为一组单独放置，在填入磁钢的两侧缝隙中加入胶，拿取填充块A放入小的一侧缝隙中，用工装杆将其压到最底端，每组填充块A用完就放入填充块B，这样A和B交替放入，最后将多余的胶清除，确保没有超过最上层矽钢片的点；
6）、在电机转子上端盖螺纹环螺纹上涂一圈胶，大端面向着矽钢片侧旋入，用工具拧紧；
7）、将电机转子上端隔磁环放入烤箱中加热，戴隔温手套拿取出，迅速套在转子上；
第十一步、安装压紧件及磁轴承矽钢片：
1）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
2）、将检测环加热，压紧至转子上；
第十二步、磨削；
第十三步、冷装碳纤维套：
1）、在液氮工装中倒入1/3容积的液氮；
2）、将电转子用天车起吊，垂直放入液氮工装中，注意观察液氮不能流出工装，当液氮过少时进行补充，直到液氮不在产生沸腾，将转子取出；
3）、将碳纤维套套入转子中；
第十四步、动平衡：
1）、动平衡前对动平衡设备及零件进行擦拭，不能留有污物；
2）、动平衡精度要求不低于G0.4，作好记录，最不平衡的方位和不平衡量预计存档。
所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，所述第一步中质量特性与图纸、公司的有关TO 系列厂标和锻件上的永久标识检验锻件的基本质量特性有差别时，须经授权人员批准让步放行后，在进行后续加工。
所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，所述第十三步中电转子用天车起吊时，电转子的长端向下。
所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，所述第十三步中碳纤维套的绕线方向为逆时针套入。
所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，所述第十三步中液氮工装为YDK-150广口液氮容器。
所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，所述第十四步中动平衡设备为动平衡机。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
通过本发明加工的飞轮转子组件在工作状态下，飞轮转子组件靠两端的右端径向磁轴承转子和左端径向磁轴承转子弹性支撑做立式旋转运动，根据飞轮转子结构特性把飞轮转子合理简化为由无质量弹性轴与刚性薄圆盘构成的旋转结构，为储能飞轮其他部件的结构设计提供参考依据，为储能飞轮工业化、产品化提供帮助等，本发明具有结构简单，制造方便等特点，适合大范围的推广和应用。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
本发明所述的一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，所述加工方法具体包括如下步骤：
第一步、转子锻件毛坯准备和检验：
1）、首先按照图纸、公司的有关TO 系列厂标和锻件上的永久标识检验锻件的基本质量特性；
2）、检测或查验锻件本体试样测试的化学成分、机械性能和探伤结果，并存档；
实施时，质量特性与图纸、公司的有关TO 系列厂标和锻件上的永久标识检验锻件的基本质量特性有差别时，须经授权人员批准让步放行后，在进行后续加工；
第二步、划线检查毛坯余量，做中心孔；实施时，可以在钳工平台上进行划线，用钻床钻中心孔；
第三步、粗车：
1）、在CKBP6180数控车床上车锻件两端面、长端各外圆，粗车时如有黑皮，及时报告质量或有关人员；实施时，锻件的长端、短端是根据转子组件的结构来描述的；
2）、架中心支架，找正；
3）、车长端轴向尺寸，做中心孔；
4）、掉头，加工各外圆；
5）、架中心支架，找正；
6）、车短端轴向尺寸，做中心孔；
第四步、半精车：
1）、在CKBP6180数控车床上车锻件端面、长端各外圆；
2）、架中心支架，找正；
3）、车长端轴向尺寸，刮研中心孔至一定的几何精度；
4）、掉头，加工各外圆；
5）、架中心支架，找正；
6）、车短端轴向尺寸，刮研中心孔至一定的几何精度；
第五步、精车：
1）、在CKBP6180数控车床上车长端各轴向尺寸、各外圆、各处螺纹；
2）、掉头，车短端轴向尺寸；
第六步、打标记：
1）、在转子指定位置打永久标记；
2）、标记内容按质量附随卡要求执行；
第七步、铣扁；实施时，可以在加工中心或数控洗床上进行铣扁作业；
第八步、交检验人员进行检验；
第九步、安装短侧矽钢片：
1）、将转子短轴侧安装吊环和吊带（5T），用天车进行起吊，缓慢平稳的将转子居中放入工装中；过程中确保转移道路的畅通，无磕碰；
2）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
3）、将转子下端径向传感器检测环、转子下端保护环、铱套分别放入烤箱加热，用隔热手套依次迅速将其取出，套入转子上，并用工装压环压紧；
4）、将锁紧螺母没有孔的一侧面向铱套拧入，并用扳手将其拧紧；
第十步、安装长端矽钢片、磁钢：
1）、将转子短轴侧安装吊环和吊带（5T），用天车进行起吊，然后缓慢平稳的平放在轮胎上，将转子长轴侧安装吊环和吊带（5T），用天车进行起吊，缓慢平稳的将转子居中放入工装中；
2）、将电机转子下端隔磁环放入烤箱加热，用隔热手套迅速将其取出，小端面向转子侧套入转子上，并用工装压环压紧；
3）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
4）、工装压紧矽钢片，用检测仪检测磁钢，负极面标记横杠，在正极面涂胶，涂胶的一面向下放入矽钢片槽中，用磁钢下压工装将磁钢压到底部，一圈一圈的放入，每放入三层用检测贴片贴在矽钢片上进行检测，漏装磁钢的位置检测贴片会显示空白，安装10层磁钢后，用工装将磁钢压紧（可用铜棒敲击）；
5）、将填充块A和B分别每10个为一组单独放置，在填入磁钢的两侧缝隙中加入胶，拿取填充块A放入小的一侧缝隙中，用工装杆将其压到最底端，每组填充块A用完就放入填充块B，这样A和B交替放入，最后将多余的胶清除，确保没有超过最上层矽钢片的点；
6）、在电机转子上端盖螺纹环螺纹上涂一圈胶，大端面向着矽钢片侧旋入，用工具拧紧；
7）、将电机转子上端隔磁环放入烤箱中加热，戴隔温手套拿取出，迅速套在转子上；
第十一步、安装压紧件及磁轴承矽钢片：
1）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
2）、将检测环加热，压紧至转子上；
第十二步、磨削；
第十三步、冷装碳纤维套：
1）、在液氮工装中倒入1/3容积的液氮；所述液氮工装为YDK-150广口液氮容器；
2）、将电转子用天车起吊，垂直放入液氮工装中，注意观察液氮不能流出工装，当液氮过少时进行补充，直到液氮不在产生沸腾，将转子取出；电转子用天车起吊时，电转子的长端向下；
3）、将碳纤维套套入转子中；碳纤维套的绕线方向为逆时针套入；
第十四步、动平衡：
1）、动平衡前对动平衡设备及零件进行擦拭，不能留有污物；所述动平衡设备为动平衡机；
2）、动平衡精度要求不低于G0.4，作好记录，最不平衡的方位和不平衡量预计存档。
本发明加工的飞轮转子组件是飞轮储能系统中的核心部件，作用是力求提高转子的极限角速度，减轻转子重量，最大限度地增加飞轮储能系统的储能量。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (5)

1.一种用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，其特征是：所述加工方法具体包括如下步骤：
第一步、转子锻件毛坯准备和检验：
1）、首先按照图纸、转子锻件厂标和转子锻件上的永久标识检验转子锻件的质量特性；
2）、检测转子锻件本体试样测试的化学成分、机械性能和探伤结果，并存档；
第二步、划线检查转子锻件毛坯余量，做中心孔；
第三步、粗车：
1）、车转子锻件两端面和长端各外圆，粗车有黑皮时，及时报告质量给有关人员；
2）、架中心支架，找正；
3）、车长端轴向尺寸，做中心孔；
4）、掉头，加工各外圆；
5）、架中心支架，找正；
6）、车短端轴向尺寸，做中心孔；
第四步、半精车：
1）、车转子锻件端面、长端各外圆；
2）、架中心支架，找正；
3）、车长端轴向尺寸，刮研中心孔至一定的几何精度；
4）、掉头，加工各外圆；
5）、架中心支架，找正；
6）、车短端轴向尺寸，刮研中心孔至一定的几何精度；
第五步、精车：
1）、车长端各轴向尺寸、各外圆、各处螺纹；
2）、掉头，车短端轴向尺寸；
第六步、打标记：
1）、在转子指定位置打永久标记；
2）、标记内容按质量附随卡要求执行；
第七步、铣扁；
第八步、检验；
第九步、安装短侧矽钢片：
1）、将转子短轴侧安装吊环和吊带，用天车进行起吊，缓慢平稳的将转子居中放入工装中；
2）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
3）、将转子下端径向传感器检测环、转子下端保护环、铱套分别放入烤箱加热，用隔热手套依次迅速将其取出，套入转子上，并用工装压环压紧；
4）、将锁紧螺母没有孔的一侧面向铱套拧入，并用扳手将其拧紧；
第十步、安装长端矽钢片、磁钢：
1）、将转子短轴侧安装吊环和吊带，用天车进行起吊，然后缓慢平稳的平放在轮胎上，将转子长轴侧安装吊环和吊带，用天车进行起吊，缓慢平稳的将转子居中放入工装中；
2）、将电机转子下端隔磁环放入烤箱加热，用隔热手套迅速将其取出，小端面向转子侧套入转子上，并用工装压环压紧；
3）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
4）、工装压紧矽钢片，用检测仪检测磁钢，负极面标记横杠，在正极面涂胶，涂胶的一面向下放入矽钢片槽中，用磁钢下压工装将磁钢压到底部，一圈一圈的放入，每放入三层用检测贴片贴在矽钢片上进行检测，漏装磁钢的位置检测贴片会显示空白，安装10层磁钢后，用工装将磁钢压紧；
5）、将填充块A和B分别每10个为一组单独放置，在填入磁钢的两侧缝隙中加入胶，拿取填充块A放入小的一侧缝隙中，用工装杆将其压到最底端，每组填充块A用完就放入填充块B，这样A和B交替放入，最后将多余的胶清除，确保没有超过最上层矽钢片的点；
6）、在电机转子上端盖螺纹环螺纹上涂一圈胶，大端面向着矽钢片侧旋入，用工具拧紧；
7）、将电机转子上端隔磁环放入烤箱中加热，戴隔温手套拿取出，迅速套在转子上；
第十一步、安装压紧件及磁轴承矽钢片：
1）、将矽钢片放入烤箱中加热，用隔热手套将矽钢片取出，套入到转子上；
2）、将检测环加热，压紧至转子上；
第十二步、磨削；
第十三步、冷装碳纤维套：
1）、在液氮工装中倒入1/3容积的液氮；
2）、将转子用天车起吊，垂直放入液氮工装中，注意观察液氮不能流出工装，当液氮过少时进行补充，直到液氮不再产生沸腾，将转子取出；
3）、将碳纤维套套入转子中，所述碳纤维套的绕线方向为逆时针套入；
第十四步、动平衡：
1）、动平衡前对动平衡设备及转子进行擦拭，不能留有污物；
2）、动平衡精度要求不低于G0.4，作好记录，最不平衡的方位和不平衡量预计存档。
2.根据权利要求1所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，其特征是：所述第一步中质量特性与图纸、转子锻件的厂标和转子锻件上的永久标识检验转子锻件的质量特性有差别时，须经授权人员批准让步放行后，在进行后续加工。
3.根据权利要求1所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，其特征是：所述第十三步中转子用天车起吊时，转子的长端向下。
4.根据权利要求1所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，其特征是：所述第十三步中液氮工装为YDK-150广口液氮容器。
5.根据权利要求1所述的用于储能飞轮的飞轮转子组件的加工方法，其特征是：所述第十四步中动平衡设备为动平衡机。
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