CN118316229A - 一种大直径飞轮储能抽真空外壳及飞轮储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大直径飞轮储能抽真空外壳及飞轮储能装置，属于储能技术领域，用于解决现有技术中缺乏一种经济性优良的建筑结构外壳，以便能够制作大直径的飞轮储能装置的问题；包括：上壳体、下壳体和圈梁，上壳体呈倒扣的“锅”形；下壳体位于地面以下；圈梁套设在上壳体和下壳体的交接处；上下壳体为一体结构，采用钢筋混凝土一次浇筑成型。由于上壳体和下壳体均呈“锅”形，上壳体和下壳体受到的压力会非常均匀，并且受到的压力和壳体表面垂直。同时，由于上壳体和下壳体采用钢筋混凝土结构，其中混凝土采用高强度混凝土，壳体承压能力强，并且价格便宜，易于加工制，因此可以制成大直径的飞轮储能设备。

Description

一种大直径飞轮储能抽真空外壳及飞轮储能装置

技术领域

本发明属于储能技术领域，尤其是涉及一种大直径飞轮储能抽真空外壳及飞轮储能装置。

背景技术

飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置。该系统采用物理方法进行储能，并通过电动发电互逆式双向电机实现电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换和储存。飞轮储能技术具备充放电速度快、能量转换效率高、使用寿命长、安全环保等优点，在电力调频、储能设备等领域具备绝佳的应用前景。在飞轮储能装置中，通过电机带动飞轮模组高速旋转，将电网的电能暂时转化为飞轮模组的动能，从而将电能以飞轮模组的机械能的形式储存起来，并在需要的时候再通过飞轮模组带动电机发电，将机械能转化成电能，经电力变换后供给电网。

飞轮储能跟飞轮质量成正比，跟半径的平方、转动角速度的平方成正比，如果飞轮的材质和厚度确定，则质量也是跟半径的平方成正比；综合起来，飞轮的储能量，跟半径的四次方、和转动角速度的平方成正比。因此，加大半径是效率最高的方式。而加大半径，再抽真空，就意味着飞轮的外壳会承受更大的大气压力。因此急需一种经济性优良的建筑结构外壳，以便能够制作大直径的飞轮储能装置。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种大直径飞轮储能抽真空外壳及飞轮储能装置，用于解决现有技术中缺乏一种经济性优良的建筑结构外壳，以便能够制作大直径的飞轮储能装置的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种大直径飞轮储能抽真空外壳及飞轮储能装置，包括：上壳体、下壳体和圈梁，所述上壳体呈倒扣的“锅”形，所述上壳体采用钢筋混凝土制成，所述上壳体为一体结构；所述下壳体呈“锅”形，所述下壳体位于地面以下；所述上壳体和所述下壳体合并在一起形成一个密闭腔室；所述圈梁套设在所述上壳体和所述下壳体的交接处。

当上壳体和下壳体内的密闭腔室抽成真空后，上壳体和下壳体承受约10吨每平米的大气压力，由于所述上壳体“锅”形造型，所述上壳体受到的压力会非常均匀，并且受到的压力和壳体表面垂直。所述下壳体采用混凝土浇筑而成。所述下壳体做成“锅”的形状，目的是让下壳体大部分承受壳面方向的压力；从而降低下壳体的厚度。如果做将下壳体成平板10吨/平米的反力，考虑飞轮轴在中间形成一个“支点”，则按照10米的跨距，需要很厚的底板；而做成“锅底”形状，则板厚大大减小。同时，由于所述上壳体和所述下壳体采用混凝土结构，其中混凝土采用高强度混凝土，以净跨20米为例，矢高5米，壳厚0.1米，理论上C30混凝土即可承受。因此壳体承压能力强，并且价格便宜，易于加工制作。

可选地，所述圈梁采用钢筋混凝土制成；采用后张法预应力技术制作。所述圈梁设置在地面以下。采用钢筋混凝土制作；内部配置足够的钢筋，用以抵抗、平衡上下壳体的水平推力，圈梁埋设在土体内，可以减少基础的投入；即使飞轮旋转超速发生解体，只会冲击周边土体，不会造成过大的伤害。

本发明提供的一种飞轮储能装置，包括：飞轮、电动发电互逆式双向电机和真空泵，所述飞轮转动设置在所述密闭空腔中，所述电动发电互逆式双向电机和所述上壳体固定连接，所述电动发电互逆式双向电机和所述飞轮传动连接，所述真空泵和所述密闭腔室连通，通过所述真空泵将密闭空间抽成真空状态。由于采用混凝土制作的外壳，并且上壳体和下壳体都成锅形，承载能力强，适合制作大直径的抽真空外壳，制作大直径的飞轮储能装置时，成本低，易于推广。

可选地，所述飞轮包括外圈、加强筋、中轴和填充体，所述外圈和所述中轴同轴线设置，所述外圈和所述中轴之间呈辐射状固设有若干加强筋，所述加强筋和所述外圈之间设有填充体。所述外圈采用不锈钢制成。所述加强筋采用非金属材料制成。所述加强筋采用玄武岩纤维筋制成。避免飞轮跟磁铁、线圈等形成干扰。以20米直径、1米厚度的飞轮为例，飞轮自重1570吨；转速5转/秒，可以储存10767度电，采用混凝土充当填充体，能够有效增加飞轮强度，同时降低成本。

可选地，所述的飞轮储能装置还包括磁悬浮反力墩，若干所述磁悬浮反力墩固设在所述下壳体上，并和所述飞轮上的磁体互相排斥，这样设置可以减少飞轮和安装座之间的摩擦力。

附图说明

图1为本发明实施例的飞轮储能装置的爆炸示意图；

图2为本发明实施例中除去上壳体时的飞轮储能装置的立体结构示意图；

图3为本发明实施例的飞轮储能装置的外观图；

图4为本发明实施例的飞轮储能装置的剖面图；

图5为本发明实施例的飞轮储能装置的的立体结构示意图；

图6为本发明实施例的下壳体的安装状态图。

附图标记说明：

上壳体1、下壳体2、中轴安装座201、圈梁3、飞轮4、中轴401、外圈402、填充体403、加强筋404、磁体405、电动发电互逆式双向电机5、真空泵6、反力墩7、土体10。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

请参阅图1和图6，本发明提供一种大直径飞轮储能抽真空外壳及飞轮储能装置的实施例，该装置包括:上壳体1、下壳体2和圈梁3，所述上壳体1呈倒扣的“锅”形，所述上壳体1采用钢筋混凝土制成，所述上壳体1为一体结构；所述下壳体2呈“锅”形，所述下壳体2位于地面以下；所述上壳体1和所述下壳体2合并在一起形成一个密闭腔室；所述圈梁3套设在所述上壳体1和所述下壳体2的交接处。

当上壳体1和下壳体2内的密闭腔室抽成真空后，上壳体1和下壳体2承受差不多10吨每平米的大气压力，由于所述上壳体1“锅”形造型，所述上壳体1受到的压力会非常均匀，并且受到的压力和壳体表面垂直。所述下壳体2采用混凝土浇筑而成。所述下壳体2做成“锅”的形状，目的是让下壳体2大部分承受壳面方向的压力；从而降低下壳体2的厚度。如果做成平板，10吨/平米的反力，考虑飞轮轴在中间形成一个“支点”，则按照10米的跨距，同样需要很厚的底板；而做成“锅底”形状，则板厚大大减小。同时，由于所述上壳体1和所述下壳体2采用混凝土结构，其中混凝土采用高强度混凝土，以净跨20米为例，矢高5米，壳厚0.1米，理论上C30混凝土即可承受。因此壳体承压能力强，并且价格便宜，易于加工制作。

本实施例中，请参阅图1-图6，所述圈梁3采用钢筋混凝土制成。采用后张法预应力技术制作。所述圈梁3设置在地面以下；内部配置足够的钢筋，用以抵抗、平衡上下壳体2的水平推力，圈梁3埋设在土体10内，可以减少基础的投入；即使飞轮旋转超速发生解体，只会冲击周边土体10，不会造成过大的伤害。

本发明提供的一种飞轮储能装置，包括：飞轮4、电动发电互逆式双向电机5和真空泵6，所述飞轮4转动设置在所述密闭空腔中，所述电动发电互逆式双向电机5和所述上壳体1固定连接，所述电动发电互逆式双向电机5和所述飞轮4传动连接，所述电动发电互逆式双向电机5可以设置所述上壳体1外面，也可以设置在所述上壳体1的内部；这部分的装置，可以参考成熟的风力发电机的部分，可以实现速度调解，发电、发动的转换。飞轮储能行业内有大量成熟技术，本专利不赘述。所述真空泵6和所述密闭腔室连通。通过所述真空泵6将密闭空间抽成真空状态。由于采用混凝土制作的外壳，并且上壳体1和下壳体2都成“锅”形，承载能力强，适合制作大直径的抽真空外壳，制作大直径的飞轮4储能装置时，成本低，易于推广。

本实施例中，请参阅图1-图6，所述飞轮4包括外圈402、加强筋404、中轴401和填充体403，所述外圈402和所述中轴401同轴线设置，所述外圈402和所述中轴401之间呈辐射状固设有若干加强筋404，所述加强筋404和所述外圈402之间设有填充体403。所述外圈402采用不锈钢制成。所述加强筋404采用非金属材料制成。所述加强筋404可以采用玄武岩纤维筋制成。避免飞轮4跟磁铁、线圈等形成干扰。所述中轴转动安装在下壳体2上中轴安装座201上。以20米直径、1米厚度的飞轮4为例，飞轮4自重1570吨；转速5转/秒，可以储存10767度电，采用混凝土充当填充体403，混凝土也可以加入若干玄武岩纤维筋，能够有效增加强度，同时降低成本。

本实施例中，请参阅图1-图6，所述的飞轮4储能装置还包括磁悬浮反力墩7，若干所述磁悬浮反力墩7固设在所述下壳体2上，并和所述飞轮4上的磁体405互相排斥，这样设置可以减少飞轮4和安装座之间的摩擦力。

综上所述，本发明由于所述上壳体1和所述下壳体2均呈“锅”形，所述上壳体1和所述下壳体2受到的压力会非常均匀，并且受到的压力和壳体表面垂直。同时，由于所述上壳体1和所述下壳体2采用钢筋混凝土结构，其中混凝土采用高强度混凝土，因此壳体承压能力强，并且价格便宜，易于加工制，因此可以制成大直径的飞轮壳体。该装置可以做在地表，也可以埋于地下，比如操场下、道路下；一天可以实现多次的充放电。所以本发明有效克服了现有技术中的种种缺点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种大直径飞轮储能抽真空外壳，其特征在于，包括：

上壳体，所述上壳体呈倒扣的“锅”形，所述上壳体采用钢筋混凝土制成，所述上壳体为一体结构；

下壳体，所述下壳体呈“锅”形，所述下壳体位于地面以下；所述上壳体和所述下壳体合并在一起形成一个密闭腔室；

圈梁，所述圈梁套设在所述上壳体和所述下壳体的交接处。

2.根据权利要求1所述的大直径飞轮储能抽真空外壳，其特征在于：所述下壳体采用混凝土浇筑而成。

3.根据权利要求1所述的大直径飞轮储能抽真空外壳，其特征在于：所述圈梁采用后张法预应力技术制作，采用钢筋混凝土制成。

4.根据权利要求3所述的大直径飞轮储能抽真空外壳，其特征在于：所述圈梁设置在地面以下。

5.一种飞轮储能装置，其特征在于，所述装置适用于权利要求1-4任一所述的大直径飞轮储能抽真空外壳，包括：飞轮、电动发电互逆式双向电机和真空泵，所述飞轮转动设置在所述密闭空腔中，所述电动发电互逆式双向电机和所述上壳体固定连接，所述电动发电互逆式双向电机和所述飞轮传动连接，所述真空泵和所述密闭腔室连通。

6.根据权利要求5所述的飞轮储能装置，其特征在于：所述飞轮包括外圈、加强筋、中轴和填充体，所述外圈和所述中轴同轴线设置，所述外圈和所述中轴之间固设有若干加强筋，所述加强筋呈辐射状布置，所述加强筋和所述外圈之间设有所述填充体。

7.根据权利要求6所述的飞轮储能装置，其特征在于：所述外圈采用不锈钢制成。

8.根据权利要求6所述的飞轮储能装置，其特征在于：所述加强筋采用玄武岩纤维筋制成。

9.根据权利要求6所述的飞轮储能装置，其特征在于：所述填充体为混凝土。

10.根据权利要求5所述的飞轮储能装置，其特征在于:还包括磁悬浮反力墩，若干所述磁悬浮反力墩固设在所述下壳体上，并和所述飞轮上的磁体互相排斥。