CN201013829Y - 一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置 - Google Patents

Abstract

一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置主要包括底座、机壳、主轴、主惯性轮、传动齿轮、副轴、副惯性轮、驱动齿轮、阻流隔板、流动实物体、前后端面盖、轴承，底座上部与机壳底部连接，前后端面盖中心孔分别连接轴承，前后端面盖内侧分别固定中心孔内有轴承的传动齿轮，主轴中部与主惯性轮中心孔连接，主惯性轮端面间隔均等角度开的纵向孔分别由轴承固定若干个副轴，加层内封闭润滑油，若干个副轴的两侧与副惯性轮、驱动齿轮的中心孔连接，副惯性轮加层内固定有阻流隔板封闭有润滑油，主轴两侧外径分别与传动齿轮轴承的内径以及前后两端面盖轴承的内径连接，驱动齿轮与传动齿轮啮合，前后端面盖由螺丝固定在机壳两端，本实用新型用于动力源与负载之间作为动力补偿装置。

Description

一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用约束流动实物体的双速叠加效应进行惯性蓄能的动力补偿装置，具体的说是通过流体的约束转动代替实物体惯性轮进行双速叠加转动的惯性蓄能动力补偿装置，该装置适用于机械动力设备制造领域。

背景技术

目前，公众所知的惯性蓄能动力补偿装置如冲床、钢筋折弯机、惯性蓄能发电装置等的构造都是由一个定轴转动的惯性轮连接外界动力源而成。这些惯性蓄能动力装置主要依靠定轴转动的惯性轮存贮和释放动能，由于定轴转动的惯性轮存储动能数值的大小与惯性轮的转动惯量以及转动速度成正比，因此，增加定轴转动的惯性轮的转动惯量数值或者转动速度数值都能够获得较大数值的转动动能。然而，在实际应用过程中同时增加惯性轮的转动惯量和转动速度是非常困难的，因为，现有的制造加工工艺不可避免的会出现精度误差，大数值转动惯量的惯性轮在大数值转动速度状态下运行将引起动平衡失调产生振动造成停机和安全事故。因此目前所制造的惯性蓄能动力补偿装置中的惯性轮的转动速度数值大约都在3000转/分左右，其技术存在的不足在于现有惯性蓄能动力补偿装置的惯性轮不能自动调节动平衡，因而造成惯性轮不能提高转动速度最终无法存贮和释放数值较大的动能。

发明内容

为了克服现有惯性蓄能动力补偿装置中的惯性轮不能自动调节动平衡以及无法提高转动速度的不足，本实用新型提供一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置，该惯性蓄能动力补偿装置中的可定轴转动的惯性轮不仅能利用约束流体自动调节动平衡，而且能利用惯性轮的双速叠加效应提高转动速度增加惯性轮的动能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：首先将以前的惯性蓄能动力补偿装置中的单个惯性轮结构改变为若干个惯性轮的结构，即在以前的惯性蓄能动力补偿装置中的单个惯性轮的轮体上按均等角度沿轴纵向固定安装若干个副惯性轮，并以机械传动的方式使若干个副惯性轮相对地球惯性坐标系同时在两个方向上转动，利用若干个副惯性轮的两个角速度分量形成叠加效应，由此提高若干个副惯性轮的转动速度；其次改变若干个惯性轮的内部形状，将若干个惯性轮制造成内部具有圆柱体形空心加层的惯性轮，向惯性轮内部空心加层注入2/3容量的可流动实物体，并且用螺丝封闭注油孔，利用惯性轮空心加层和惯性轮空心加层内圆周外缘按均等角度固定安装的若干个阻流隔板约束流动实物体，达到在外界动力源驱动若干个惯性轮轮轴转动时可流动实物体受惯性离心力作用均匀分布在空心加层内圆周边缘自动调节惯性轮转动动平衡。

本实用新型的有益效果是，可以在约束流体随若干个惯性轮转动自动调节若干个惯性轮动平衡的情况下，以及若干个惯性轮形成双速叠加效应的状态下，提高若干个惯性轮转动的角速度从而实现增加惯性轮动能的理想，结构简单。

附图说明

图1是本实用新型一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置的结构纵向A-A剖面示意图。

图2是本实用新型一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置的结构横向B-B剖面示意图。

图中1.输入法兰盘，2.主轴油封，3.前固定拴，4.前端面盖，5.固定螺丝，6.副惯性轮，7.流动实物体，8.阻流隔板，9.注油孔螺丝，10.副轴油封，11.主惯性轮，12.油面定位孔螺丝，13.副轴，14.驱动齿轮，15.副轴固定螺帽，16.后端面盖，17.后固定拴，18.输出法兰盘，19.主轴轴承，20.电动机油泵，21.传动齿轮，22.机油管，23.副轴轴承，24.主轴，25.机壳，26.导向轴承，27.底座。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本实用新型作进一步说明：如图1、图2所示，图中底座(27)是一个长方形槽钢架，图中机壳(25)是一个空心圆筒形金属构件，机壳(25)外径的底部与底座(27)的上部用电焊固定连接，图中前端面盖(4)、后端面盖(16)是金属制成的圆形板，前端面盖(4)、后端面盖(16)中心部位分别钻有一个孔，孔的内径分别与主轴轴承(19)的外径固定连接，前端面盖(4)、后端面盖(16)内侧分别由若干个固定拴(3)、(17)固定连接一个不转动的传动齿轮(21)，传动齿轮(21)中心孔内径与导向轴承(26)的外径固定连接，图中主轴(24)是由金属材料制成的圆柱体形轴，主轴(24)穿过主惯性轮(11)中心孔其外径中部与主惯性轮(11)的中心孔内径固定连接，图中主惯性轮(11)是一个内部具有一个圆柱体形空心加层的金属材料制成的圆柱体形轮，在主惯性轮(11)的前端面靠近外缘的部位间隔均等角度沿轴纵向钻若干个穿透主惯性轮(11)轮体至后端面的圆形孔，每个圆形孔内径的中心线距主轴(24)的中心线数值相等，每个圆形孔内径分别与两个副轴轴承(23)的外径固定连接，每两个副轴轴承(23)的内径分别与一根穿透主惯性轮(11)轮体的副轴(13)的外径中部固定连接形成主惯性轮(11)的轴群，主惯性轮(11)的轮体两端面与若干个副轴(13)外径之间由副轴油封(10)密封，主惯性轮(11)轮体的外缘开有一个油面定位孔，通过油面定位孔向主惯性轮(11)内部空心加层注入2/3容量的流动实物体(7)，定位孔用螺丝(12)固紧封闭，每根副轴(13)伸出主惯性轮(11)轮体外两侧的轴径都穿过一个副惯性轮(6)的中心孔并与中心孔内径固定连接形成若干个副惯性轮(6)的可转动分系统，图中的副惯性轮(6)是一个由金属材料制成的内部具有圆柱体形空心加层的圆柱体形轮，在副惯性轮(6)的空心加层内圆周边缘间隔均等角度固定安装若干个阻流隔板(8)，副惯性轮(6)端面上开有注油孔，通过注油孔向副惯性轮(6)内部空心加层注入2/3容量的流动实物体(7)，注油孔用螺丝(9)固紧封闭，图中若干个副轴(13)的两端轴外径分别穿过一个驱动齿轮(14)的中心孔并与驱动齿轮(14)中心孔的内径固定连接，若干个副轴(13)的两轴端外径固定连接副轴固定螺帽(15)，由主轴(24)、主惯性轮(11)、若干个副轴轴承(23)、若干个副轴(13)、若干个副惯性轮(6)、若干个驱动齿轮(14)组装而成的可转动系统纵向置放于机壳(25)壳体内，设计要求主轴(24)的长度大于机壳(25)的长度，伸出机壳(25)壳体外的主轴(24)的两侧轴外径分别与前端面盖(4)、后端面盖(16)内侧固定连接的传动齿轮(21)中心孔内的轴承(26)内径以及前端面盖(4)、后端面盖(16)中心孔内的轴承(19)内径固定连接，若干个驱动齿轮(14)通过与前端面盖(4)、后端面盖(16)内侧上固定的传动齿轮(21)啮合实现动力连接，前端面盖(4)、后端面盖(16)与机壳(25)之间由螺丝(5)固定连接，伸出机壳(25)的主轴(24)外径前端固定的输入法兰盘(1)与外界动力源输出轴固定连接，伸出机壳(25)的主轴(24)外径后端固定的输出法兰盘(18)与负载输入轴固定连接，前端面盖(4)、后端面盖(16)中心部位外侧固定主轴油封(2)，主轴油封(2)的内径与主轴(24)的外径滑动接触，图中的电动机油泵(20)由螺丝固定在后端面盖(16)外侧底部，电动机油泵(20)的机油管(22)由螺丝固定在机壳(25)壳体内侧底部，机壳(25)壳体内侧底部加注润滑油的液面高度不得接触若干个副惯性轮(6)，由主轴(24)、主惯性轮(11)、若干个副轴轴承(23)、若干个副轴(13)、若干个副惯性轮(6)、若干个驱动齿轮(14)组装而成的可转动系统与机壳(25)壳体内侧之间留有适当的间隙能够保持可转动系统自由转动。当外界动力源驱动主轴(24)转动时应接通电源启动电动机油泵(20)，电动机油泵(20)通过机油管(22)进口吸入机壳(25)内侧底部加注的流动实物体(7)----润滑油并由机油管(22)出口直接喷射到若干个驱动齿轮(14)的齿面上。

本实用新型一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置实施例的底座(27)是900mm×800mm×80mm的长方形槽钢架，实施例的机壳(25)是钢板制成的空心圆筒形壳体，外直径Ф＝500mm，内直径Ф＝498mm，长度L＝308mm，选择1mm的钢板制作机壳并不仅仅为了回收润滑机油，重要的是为预防惯性轮失控解体发生的安全事故。实施例的主轴(24)最大直径Ф＝32mm，长度L＝458mm。实施例的主惯性轮(11)的直径Ф＝404mm，长度L＝70mm，质量M＝12.80kg(主惯性轮和若干个副惯性轮的总质量)，数量为1个，由于主惯性轮直径数值的大小与主惯性轮转动惯量数值的大小成正比，因此可根据负载需要适当的加大主惯性轮直径数值。实施例的副惯性轮(6)的直径Ф＝148mm，长度L＝30mm，质量M＝3.895kg，数量为2个，因为副惯性轮(6)的角速度数值的大小与转动动能数值的大小成正比，适当缩小若干个驱动齿轮(14)的外径数值可使副惯性轮(6)获得相对大的角速度，所以实施例的2个驱动齿轮(14)的外径Ф＝65mm，齿数为42齿。实施例的2个传动齿轮(21)外径数值的选择根据主惯性轮(11)的直径数值大小确定，2个传动齿轮(21)外径Ф＝195mm，齿数为128齿，驱动齿轮(14)与传动齿轮(21)的转速比约为3∶1。外界动力源功率为0.37kw的两相电动机，电动机转速为1450转/分。电动机驱动实施例的主轴(24)转动从而带动主惯性轮(11)绕主轴(24)中心转动，2根副轴(13)、2个副惯性轮(6)、2个驱动齿轮(14)跟随主惯性轮(11)绕主轴(24)中心转动。此时，2个副惯性轮(6)作为主惯性轮的一部分获得第一个转动角速度ω₁分量形成第一次惯性蓄能，由于2个驱动齿轮(14)与传动齿轮(21)的啮合，主轴(24)通过传动齿轮(21)将驱动力传递给2个驱动齿轮(14)，2个驱动齿轮(14)绕传动齿轮(21)的转动带动2个副惯性轮(6)绕2根副轴(13)中心转动，这样，2个副惯性轮(6)本身获得第二个角速度ω₂分量形成第二次惯性蓄能。于是，本实用新型一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置实施例的主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)的角速度ω₁+ω₂产生叠加效应。在主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)的转动速度逐渐增大时，2个副惯性轮(6)的转动角速度数值始终大于主惯性轮(11)的转动角速度数值，主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)空心加层内的流动实物体(7)——润滑油受惯性离心力作用都能够均匀分布在空心加层内圆周边缘自动调节动平衡，使主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)平稳加速转动。当本实用新型实施例中的主惯性轮(11)的转动速度达到1450转/分时其角速度ω₁＝48.3π弧度/秒；2个副惯性轮(6)的转动速度达到4350转/分其角速度ω₂＝145π弧度/秒。主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)的角速度之和ω₁+ω₂＝193.3π弧度/秒。主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)的角速度之和数值的增大导致主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)的转动动能数值增大，主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)的总动能E_t可由以下公式求得：

E_t＝1/2(I₁+I₂)×(ω₁+ω₂)²(式中I₁为主惯性轮(11)的转动惯量，ω₁为主惯性轮(11)的角速度，I₂为2个副惯性轮(6)的转动惯量，ω₂为2个副惯性轮(6)的角速度)。

如果在本实用新型实施例中拆掉2个传动齿轮(21)，使2个副惯性轮(6)不转动，2个副惯性轮(6)只能作为主惯性轮(11)的一部分获得一个转动角速度ω₁分量形成一次惯性蓄能，主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)储蓄的总动能E_p＝1/2I₁ω₁ ²，由于E_t＞E_p，因此，在同一外界动力源驱动的情况下采用主惯性轮(11)和若干个副惯性轮(6)角速度叠加转动可以获得较大数值的动能。

本实用新型实施例中的主惯性轮(11)和2个副惯性轮(6)的总动能E_t通过2个驱动齿轮(14)与传动齿轮(21)的啮合最终传递给主轴(24)，当本发明实施例中的外界动力源——0.37kw的两相电动机关闭电源电路后，主轴(24)轴端的输出法兰盘(18)可向与其相连接的负载主轴输出动能E_t。

本实用新型一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置运用主惯性轮(11)和若干个副惯性轮(6)内部的空心加层、阻流隔板约束流动实物体(7)自动调节动平衡，利用主惯性轮(11)和若干个副惯性轮(6)的双速叠加效应提高转动速度，所得到的有益效果是获得了主惯性轮(11)和若干个副惯性轮(6)的角速度叠加转动引起的二维运动动能，从而实现利用主惯性轮(11)和若干个副惯性轮(6)存贮和释放大数值动能进行动力补偿的理想。

本实用新型一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置可以匹配安装到农机工具、汽车、摩托车、舰艇船舶等的变速箱与负载之间作为动力补偿装置，也可以安装在风力发电机的风叶轮轴与发电机之间作为风速稳定器，还可以匹配安装在发电机与电动机之间作为惯性蓄能发电机组，集合批量的惯性蓄能发电机组配备热能发电厂可满足发电厂的用电峰谷蓄能。

Claims (8)

1.一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置包括输入法兰盘(1)、主轴油封(2)、前固定拴(3)、前端面盖(4)、固定螺丝(5)、若干个副惯性轮(6)、流动实物体(7)、若干个阻流隔板(8)、注油孔螺丝(9)、副轴油封(10)、主惯性轮(11)、油面定位孔螺丝(12)、若干个副轴(13)、若干个驱动齿轮(14)、副轴固定螺帽(15)、后端面盖(16)、后固定拴(17)、输出法兰盘(18)、主轴轴承(19)、电动机油泵(20)、传动齿轮(21)、机油管(22)、副轴轴承(23)、主轴(24)、机壳(25)、导向轴承(26)、底座(27)，其特征在于：上述底座(27)的上部与机壳(25)的外径底部固定连接，上述的前端面盖(4)、后端面盖(16)中心孔的内径分别与主轴轴承(19)的外径固定连接，前端面盖(4)、后端面盖(16)内侧分别由若干个固定拴(3)、(17)固定连接一个不转动的传动齿轮(21)，传动齿轮(21)中心孔内径与导向轴承(26)的外径固定连接，上述的主轴(24)穿过主惯性轮(11)中心孔其轴外径中部与主惯性轮(11)的中心孔内径固定连接，上述的主惯性轮(11)的前端面靠近轮体外缘的部位间隔均等角度沿轴纵向钻有若干个穿透主惯性轮(11)轮体至后端面的圆形孔，每个圆形孔内径分别与两个副轴轴承(23)的外径固定连接，每两个副轴轴承(23)的内径分别与一根穿透主惯性轮(11)轮体的副轴(13)的外径中部固定连接，主惯性轮(11)的轮体两端面与副轴(13)的外径之间由副轴油封(10)密封，主惯性轮(11)内部空心加层由螺丝(12)封闭有可流动的实物体(7)，上述的若干个副轴(13)伸出主惯性轮(11)轮体两侧外的轴径都穿过一个副惯性轮(6)的中心孔并与副惯性轮(6)的中心孔内径固定连接，上述的若干个副惯性轮(6)是内部具有一个圆柱体形空心加层的圆柱体形轮，空心加层内侧圆周外缘间隔均等角度固定安装若干个阻流隔板(8)，空心加层内由螺丝(9)封闭有可流动的实物体(7)，上述的若干个副轴(13)的两端轴外径分别穿过一个驱动齿轮(14)的中心孔并与驱动齿轮(14)中心孔的内径固定连接，若干个副轴(13)的两轴端外径固定连接副轴固定螺帽(15)，主轴(24)伸出机壳(25)壳体外的两侧轴外径分别与前端面盖(4)、后端面盖(16)内侧固定连接的传动齿轮(21)中心孔内固定的轴承(26)的内径以及前端面盖(4)、后端面盖(16)中心孔内固定的轴承(19)的内径固定连接，上述的若干个驱动齿轮(14)通过与前端面盖(4)、后端面盖(16)内侧固定的不转动的传动齿轮(21)啮合实现动力连接，前端面盖(4)、后端面盖(16)与机壳(25)之间由螺丝(5)固定连接，伸出机壳(25)壳体的主轴(24)外径前端固定的输入法兰盘(1)与外界动力源输出轴固定连接，伸出机壳(25)壳体的主轴(24)外径后端固定的输出法兰盘(18)与负载输入轴固定连接，前端面盖(4)、后端面盖(16)中心部位外侧固定主轴油封(2)，主轴油封(2)的内径与主轴(24)的外径滑动接触，电动机油泵(20)由螺丝固定在后端面盖(16)外侧底部，电动机油泵(20)的机油管(22)由螺丝固定在机壳(25)壳体内侧底部，机壳(25)壳体内侧底部加注可流动实物体的液面高度不接触若干个副惯性轮(6)，若干个副惯性轮(6)与机壳(25)壳体内侧之间留有适当的间隙，接通电源启动电动机油泵(20)由机油管(22)进口吸入润滑油并通过机油管(22)出口直接喷射到若干个驱动齿轮(14)的齿面上。

2.根据权利要求1所述的一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置，其特征在于：所述的主惯性轮(11)中心孔内径与主轴(24)外径中部固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置，其特征在于：所述的主惯性轮(11)轮体端面间隔均等角度沿轴纵向所钻有的若干个穿透主惯性轮(11)轮体的圆形孔内径由轴承固定连接若干个副轴(13)外径的中部。

4.根据权利要求1所述的一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置，其特征在于：所述的若干个副惯性轮(6)和若干个驱动齿轮(14)的中心孔分别与若干个副轴(13)的轴外径固定连接形成若干个副惯性轮(6)、若干个驱动齿轮(14)的若干个可转动分系统。

5.根据权利要求1所述的一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置，其特征在于：所述的若干个副轴(13)和若干个副惯性轮(6)是通过若干个副轴(13)轴端固定的若干个驱动齿轮(14)与不转动的传动齿轮(21)啮合接受主轴(24)传递的驱动力获得两个角速度分量的转动。

6.根据权利要求1所述的一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置，其特征在于：所述的主惯性轮(11)和若干个副惯性轮(6)的总动能E_t由公式E_t＝1/2(I₁+I₂)×(ω₁+ω₂)²计算。

7.根据权利要求1所述的一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置，其特征在于：所述的主惯性轮(11)和若干个副惯性轮(6)的内部空心加层通过注油孔注入小于加层容量的流动实物体(7)，注油孔用螺丝(9)、螺丝(12)固紧封闭。

8.根据权利要求7所述的一种双速叠加效应的约束流体惯性蓄能动力补偿装置，其特征在于：所述的主惯性轮(11)和若干个副惯性轮(6)的空心加层内圆周边缘间隔均等角度固定安装有若干个阻流隔板(8)。

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