ES2692420T3

ES2692420T3 - Un sistema de volante

Info

Publication number: ES2692420T3
Application number: ES15722271.2T
Authority: ES
Inventors: Peter Teerlink
Original assignee: S4 ENERGY BV
Current assignee: S4 ENERGY BV
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2018-12-03
Anticipated expiration: 2035-04-07
Also published as: WO2015156667A1; BR112016023068B1; AU2015244483A1; US20170037932A1; EP3130065A1; TR201815519T4; BR112016023068A2; NL2012577B1; KR20160140727A; AU2015244483B2; JP6639471B2; US10907701B2; NL2012577A; CN106134043A; PL3130065T3; EP3130065B1; JP2017512942A; KR102352596B1; CN106134043B

Abstract

Un sistema de volante, que comprende: - un eje (3) de rotación; - un rotor (2) de volante en forma de anillo; - al menos un elemento (9; 10) de conexión que conecte el rotor (2) del volante en forma de anillo al eje (3) de rotación; - un accionamiento y/o generador (4) de potencia conectado al rotor (2) del volante; en el que el rotor (2) del volante tiene - un radio exterior en dirección radial de al menos 0,85 metros, preferiblemente al menos 1 metro, y más preferiblemente al menos 1,30 metros, - un espesor en la dirección axial de al menos 0,30 metros, preferiblemente al menos 0,45 metros y más preferiblemente al menos 0,60 metros, y - un peso de al menos 2,5 toneladas, preferiblemente al menos 4 toneladas y más preferiblemente al menos 5 toneladas, caracterizado porque el al menos un elemento (9, 10) de conexión tiene forma de disco, y está dispuesto sobre o contra un primer extremo axial del rotor (2) del volante en forma de anillo para conectar de forma fija al rotor (2) del volante en forma de anillo y al eje (3) de rotación, en el que el elemento (9, 10) de conexión en forma de disco está conectado al eje (3) de rotación mediante una conexión de ajuste por contracción.

Description

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DESCRIPCION

Un sistema de volante

La presente descripcion se refiere a un sistema de volante.

Es comunmente conocido que muchos sistemas de volante comprenden al menos un volante y la configuracion de accionamiento/generador. Para aplicaciones comunes, por ejemplo para ahorrar ene^a en vetnculos y similares, ha habido una tendencia en este campo de la tecnologfa a proporcionar sistemas de volante cada vez mas compactos y pequenos.

A pesar de esta tendencia en ese campo de la tecnologfa, se desean formas eficientes de almacenar energfa durante penodos de tiempo prolongados, mas concretamente para configuraciones de papelena. En este campo tecnico, que se considera el campo tecnico mas relevante para la presente descripcion, el potencial de los sistemas de volante ha sido completamente pasado por alto.

La presente descripcion tiene como objetivo proporcionar un sistema eficiente para almacenamiento de energfa durante penodos de tiempo prolongados, en particular de forma mecanica, basado en un volante de dimensiones adecuadas para el almacenamiento de energfa previsto de alta capacidad y alta energfa.

Se reconoce en la presente memoria que el documento US-2003/192449 describe un volante grande en forma de anillo, con una construccion de radios cuyos radios forman elementos de conexion entre el eje de rotacion y el volante en forma de anillo. El documento US-2011/120455 describe un volante en forma de disco, que se apoya inmediatamente sobre el eje de rotacion, y el documento WO-03/017449 describe un volante configurado a partir de una multitud de placas, cada una conectada rotativamente alrededor de un cono en forma de cubo, con una pared superior e inferior que encierra un espacio para las placas y que tiene un perfil de ala para generar sustentacion.

Las realizaciones de la presente descripcion proporcionan un sistema de volante, que comprende: un eje de rotacion, un rotor de volante en forma de anillo; al menos un elemento de conexion que conecta el rotor del volante en forma de anillo al eje de rotacion; un accionamiento y/o un generador de potencia conectado al rotor del volante; en el que el rotor del volante tiene un radio exterior en la direccion radial de al menos 0,85 metros, preferiblemente al menos 1 metro, y mas preferiblemente 1,30 metros, un espesor en la direccion axial de la menos 0,30 metros, preferiblemente al menos 0,45 metros, y mas preferiblemente al menos 0,60 metros, y un peso de al menos 2,5 toneladas, preferiblemente al menos 4 toneladas y mas preferiblemente al menos 5 toneladas. Dicho espesor podna relacionarse - en realizaciones espedficas - con la longitud del eje en una orientacion vertical o tendida, o en otras realizaciones mas literalmente un espesor del rotor del volante en la direccion en la que se extiende el eje de rotacion. Dichas dimensiones son meramente ejemplos del tamano relativamente enorme del volante en particular y del sistema de volante tambien, a partir del cual las cantidades incrementadas correlacionadas de energfa, que se pueden almacenar en el, se vuelven abundantemente claras. Tales dimensiones en terminos de tamano y peso contrastan fuertemente las tendencias en el campo tecnico relevante hacia la miniaturizacion. No obstante, se puede lograr una eficiencia considerable de este modo y se puede obtener inesperadamente un sistema que tenga una lata eficacia.

De acuerdo con la presente descripcion y ademas de la tecnica anterior comentada anteriormente: el al menos un elemento de conexion tiene forma de disco y esta dispuesto sobre o contra un primer extremo axial del rotor del volante en forma de anillo para conectar fijamente el volante en forma de anillo y el eje de rotacion, en el que el elemento de conexion en forma de disco esta conectado al eje de rotacion a traves de una conexion de ajuste por contraccion.

Las realizaciones de la presente descripcion muestran distintas ventajas y efectos inventivos con respecto a las grandes cantidades de energfa que pueden almacenarse en los mismos. Las citadas dimensiones fundamentalmente mas grandes de volantes permiten cantidades mas grandes asociadas de energfa que se pueden almacenar en los mismos, hasta que se desee una utilizacion efectiva de la misma.

En una realizacion particular, el sistema de volante es de tal manera que el rotor del volante puede tener forma de anillo y puede tener un radio interior en la direccion radial de al menos 0,75 metros, preferiblemente al menos 1 metro y mas preferiblemente al menos 1,10 metros.

Por ejemplo, el sistema de volante que tiene una combinacion adecuada de las dimensiones mencionadas anteriormente puede se tal que el accionamiento y/o el generador de potencia esten, en utilizacion del sistema de volante, dispuestos para permitir la rotacion del volante a una velocidad de entre al menos 600 rpm y 1800 rpm, preferiblemente mas de 1000 rpm o por lo menos 1400 rpm, y mas preferiblemente como mucho 1800 rpm aproximadamente. Mas en particular, debe observarse que con tales dimensiones en combinacion con las velocidades de rotacion mencionadas, no necesariamente en combinacion con la elevacion del aire, y la eficiencia puede alcanzarse cuando las perdidas pueden limitarse, por ejemplo, como mucho al 7,5% por hora. Esto quiere decir que el sistema puede presentar una perdida muy baja de menos del 7,5% de la cantidad de energfa que se introduce en el volante, por hora. Cualquier lector experto reconocera que tales resultados son al menos sorprendentes e indicativos de los beneficios y/o efectos inventivos de tales realizaciones de la presente descripcion.

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Tambien en realizaciones que no estan basadas en levitacion de aire, el elemento de cierre puede presentar beneficios y/o efectos inventivos porque el rotor de volante de gran masa puede girar alrededor del eje de rotacion a velocidades de rotacion muy altas, en las que la periferia exterior del rotor de volante puede moverse a velocidades absolutas que se aproximen a la velocidad del sonido. Mediante la utilizacion de un elemento de cierre o incluso mas concretamente de un elemento en forma de disco se puede proporcionar una conexion robusta entre el rotor de volante y el eje de rotacion, que puede disenarse de manera uniforme en todas las direcciones radiales para resistir a la tension y/o fuerzas de traccion generadas por el anillo del volante y las fuerzas centnfugas que actuan sobre el elemento de cierre o incluso en forma de disco.

Se observa aqu que algunas realizaciones de la presente descripcion se basan en la levitacion con aire, y otras no. Por ejemplo, podna considerarse que las realizaciones tienen presion atmosferica en algun sitio alrededor del volante, pero esto se considera que es menos atractivo debido a la resistencia del aire que entonces se ejercena sobre el volante. En consecuencia, las realizaciones con levitacion con aire se basan preferiblemente (pero no exclusivamente) en crear un colchon de aire en el volante, preferiblemente debajo del volante, con una presion mas alta que otros volumenes que rodean el volante, pero todavfa a una presion considerablemente disminuida con respecto a la atmosferica. En realizaciones que no se basan en la levitacion con aire, todo el volumen circundante en el volante esta preferiblemente a una presion considerablemente reducida sin ningun compartimento para permitir la levitacion con aire, pero preferiblemente de manera tan homogenea como sea posible al vado.

Ademas, el sistema de volante puede exhibir las caractensticas alternativas o adicionales de que el elemento de cierre o conexion que soporta el volante en forma de anillo es lo suficientemente flexible para resistir las fuerzas centnfugas, sin mostrar deformacion permanente. Dependiendo de una realizacion particular del elemento de cierre o conexion, la flexion puede resultar inevitable. Sin embargo, con esta caractenstica particular, la flexion del elemento de conexion y el volante como un todo se pueden acomodar de manera confiable. Tambien estirar o tirar del elemento de cierre o conexion podna conducir a un grado controlable de extension radial, de nuevo sin que se produzca una deformacion permanente.

En una realizacion de la presente descripcion, el sistema de volante que tiene un rotor de volante en forma de anillo puede presentar las caractensticas de que al menos un elemento de conexion esta dispuesto entre un primer extremo axial del rotor de volante en forma de anillo y el eje de rotacion. Adicionalmente o alternativamente, al menos un elemento de conexion adicional puede estar dispuesto entre un extremo axial opuesto axialmente del rotor de volante y el eje de rotacion. Tal elemento de conexion o elemento de conexion adicional puede reducir eficazmente la carga radial, la deformacion y la expansion, asf como las fuerzas laterales sobre o del rotor de volante en forma de anillo. Dichos elementos de conexion pueden, en realizaciones espedficas - no elaboradas adicionalmente en la presente memoria - estar formados por elementos de cubierta en forma de disco, radios de rueda o un disco en una posicion axial central con respecto al grosor del rotor de volante en forma de anillo. Sin embargo, adicionalmente o alternativamente, el sistema de volante de acuerdo con la presente descripcion puede ser tal que al menos uno de los elementos de conexion y el elemento de conexion adicional tiene forma de disco y preferiblemente esta dispuesto en o contra extremos axiales del rotor de volante en forma de anillo. En realizaciones con levitacion de aire, a las cuales la presente descripcion no esta limitada, dichos elementos de conexion en forma de disco pueden compararse con los elementos de cierre mencionados anteriormente y servir para cerrar un espacio interior del rotor de volante en forma de anillo, para mejorar el vado o la diferencia de presion necesaria para la elevacion del aire o la levitacion del pesado rotor de volante. Ademas, incluso fuera de contexto de cualquier levitacion de aire, los elementos de conexion en forma de disco pueden fijarse al rotor de volante en forma de anillo uniformemente alrededor de la circunferencia del mismo para proporcionar una conexion y montaje robustos y fiables, capaces de reducir o incluso eliminar la expansion y/o deformacion del rotor de volante en forma de disco y/o la fuerza lateral que actua sobre el mismo, incluso a velocidades muy altas, que en algunas realizaciones puede aproximarse a la velocidad del sonido, por ejemplo, 1800 rpm en una circunferencia externa correspondiente con un radio de, por ejemplo, 1,3 metros, y en todas las posiciones radiales alrededor de la circunferencia exterior mencionada anteriormente del rotor de volante.

Como se indico anteriormente el elemento de conexion o cierre en forma de disco puede ser flexible para soportar el rotor de volante en forma de anillo. En particular en una realizacion de la presente descripcion que tiene elementos de conexion en forma de disco axialmente opuestos, la rigidez del conjunto resultante se mejora mediante dicha duplicacion de los elementos de conexion en forma de disco axialmente opuestos.

En una realizacion que tiene el elemento de conexion en forma de disco o elemento de conexion adicional, el elemento de conexion puede ser mas grueso en el eje de rotacion que en el rotor de volante en forma de anillo. El citado espesor esta en una direccion axial. Tales caractensticas relacionadas con el espesor pueden proporcionar un grado deseado de flexibilidad. Aparte de esto, la rigidez del elemento de conexion en forma de disco y/o el elemento de conexion adicional depende del grosor de la misma. La caractenstica relevante de una disminucion del espesor en direccion radial desde el eje de rotacion (o un cubo) permite crear una distribucion de carga, tension, fuerza, expansion y deformacion entre el rotor de volante en forma de anillo y el uno o dos elementos de conexion en forma de disco. Esto da como resultado una carga constante del conjunto del rotor de volante en forma de anillo y los uno o dos elementos de conexion en forma de disco, sin cambios de carga abruptos, por lo que los fenomenos relacionados con la fatiga se pueden evitar o eliminar esencialmente. Por ejemplo, el grosor del uno o dos elementos de conexion en forma de disco en el eje de rotacion es mas de 13 mm, preferiblemente mas de 16 mm y mas

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preferiblemente mas de 18 mm y mas preferiblemente 20 mm aproximadamente. Ademas, como ejemplo, el grosor del rotor de volante en forma de anillo es menor de 19 mm, preferiblemente menor de 17 mm y mas preferiblemente menor de 15 mm y mas preferiblemente 12 mm aproximadamente. Estas dimensiones corresponden en gran medida a la realizacion espedfica, descrita a continuacion y/o la configuracion definida y descrita anteriormente en relacion con los radios, el grosor y la forma de anillo del rotor de volante, pero podnan adaptarse a cualquier configuracion alternativa. Alternativamente cualquier otra caractenstica con respecto al elemento o elemento(s) de conexion y/o el rotor de volante en forma de anillo u otra forma de rotor puede contribuir a un grado de deformabilidad deseado para permitir la expansion del anillo resultante de las altas fuerzas centnfugas a altas velocidades de rotacion.

Las realizaciones de la presente descripcion que tienen al menos, preferiblemente un elemento de conexion en forma de disco pueden alternativamente o ademas de las caractensticas comentadas anteriormente, ser tales que un cubo esta dispuesto sobre o forma parte del eje de rotacion, al que al menos un elemento de conexion esta conectado y se extiende desde el cubo hasta el rotor de volante en forma de anillo. Un cubo puede proporcionar la union mas fiable y simetrica de rotacion de al menos un elemento de conexion al eje de rotacion. Dicha realizacion puede ser tal, que al menos un elemento de conexion esta conectado al cubo a traves de una conexion de ajuste por contraccion. Adicional o alternativamente, el al menos un elemento de conexion esta pretensado en una conexion con el cubo. Pueden producirse tensiones y fuerzas radiales excesivas, si al menos uno de los elementos de conexion y el elemento de conexion adicional es extremadamente ngido. Asimismo, si la fijacion de al menos uno del elemento de conexion y el elemento de conexion adicional es extremadamente ngida, esto provoca fuerzas radiales y esfuerzo o tension excesivos en el rotor del volante en forma de anillo y/o en el/los elemento(s) de conexion. Sin embargo, una conexion o fijacion excesivamente flexible en el cubo podna provocar inestabilidad durante la rotacion, en donde el mas mmimo desequilibrio puede provocar una rotacion excentrica de ampliacion extrema del rotor del volante, acompanada por tremendas fuerzas radiales, en particular si el/los elemento(s) de conexion viene(n) suelto(s) desde el cubo. La conexion de ajuste por contraccion y/o el pretensado de al menos un elemento de conexion pueden efectivamente emplearse para evitar o incluso eliminar tales problemas. El elemento de conexion en forma de disco puede expandirse, principalmente, aunque no exclusivamente como consecuencia de la conexion por contraccion sin soldadura o pernos y/u otras posibilidades de generacion de tension convencionales, mientras que cualquier expansion de al menos uno, preferiblemente en elemento de conexion con forma de disco, no da como resultado cualquier juego o libertad de movimiento respecto al cubo, principalmente aunque no exclusivamente, como consecuencia del pretensado en o del elemento de conexion en forma de disco y/o el elemento de conexion en forma de disco adicional. Confrontado con los efectos de pretensar una conexion entre el cubo y el(los) elemento(s) de conexion, es evidente que cualquier configuracion alternativa disenada adecuadamente para la caractenstica de pretensado puede dar como resultado la obtencion de los mismos efectos. Por ejemplo, los elementos de resorte pueden distribuirse uniformemente alrededor de la circunferencia del cubo entre el cubo y un borde interior de un orificio central en los elementos de conexion a veces en forma de disco, para compensar cualquier aumento en el diametro del elemento(s) de conexion y mas concretamente el diametro del paso central en el mismo para alojar el cubo. Tambien son posibles todavfa otras alternativas dentro del contexto de la presente descripcion y/o invencion.

Despues de la indicacion general anterior de los aspectos de las realizaciones de la presente descripcion, a continuacion se describira una realizacion espedfica de un sistema de volante de acuerdo con la presente invencion, solo a modo de ejemplo, cuyo alcance de proteccion de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas no esta limitado.

Las figuras 1 a 10 muestran vistas espedficas de la totalidad del ejemplo de la realizacion espedfica del volante segun la presente descripcion, y/o detalles espedficos de la misma.

En la figura 1, se muestra un sistema 1 de volante, que comprende un rotor 2 de volante, que esta dispuesto en un eje 3 de accionamiento, y un generador 4 de accionamiento y/o de potencia electrica. El generador 4 de accionamiento y/o de potencia electrica puede consistir en un motor para accionar el rotor 2 del volante en un movimiento giratorio alrededor de un eje vertical, definido por el eje 3, y/o puede ser utilizado para crear o generar energfa electrica o potencia de movimiento de rotacion del rotor 2 del volante. El rotor 2 podna estar dispuesto en posicion vertical, para poder girar alrededor de un eje de rotacion horizontal acostado.

El conjunto del rotor 2 del volante y el accionamiento/generador 4 esta alojado en un alojamiento 5, en el que tambien se proporcionan varios evacuadores de aire en forma de bombas 6 para proporcionar levitacion de aire (la cual es opcional en la presente descripcion). En contraste con los sistemas de la tecnica anterior que contienen un rotor de volante, la presente realizacion es relativamente muy grande. De hecho, el sistema de volante de la presente realizacion es suficientemente grande para que el alojamiento contenga un acceso 7, para permitir que el personal de mantenimiento y similares entre en el alojamiento 5.

Como se muestra en la figura 4, el rotor 2 del volante real tiene forma de anillo. Un cubo 8 del sistema 1 de volante en la figura 1 esta conectado con el eje 3 de accionamiento que forma un eje de rotacion y con el rotor 2 de volante real a traves de un elemento 9 de cubierta en forma de disco inferior que forma un elemento de conexion entre el cubo 8 y el rotor 2 de volante en forma de anillo, y una cubierta superior de elemento 10 en forma de disco que forma un elemento de conexion adicional entre el cubo 8 y el rotor 2 de volante en forma de anillo. Preferiblemente, los elementos 9, 10 de cubierta confieren una rigidez considerable al conjunto, mostrado en la figura 4, del arbol 3 de accionamiento, rotor 2 y elementos 9, 10 de cubierta. Sin embargo, con el peso espedfico del volante 2 real, la

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flexion de los elementos 9, 10 de cubierta puede resultar inevitable, y para tales eventualidades un material para o de los elementos 9, 10 de cubierta se puede elegir de forma expresa para que sea tan ngido y lo mas ngido posible, pero simultaneamente ser tambien flexible en un grado necesario, con el fin de asegurar la flexion como consecuencia del considerable peso del rotor 2 del volante. Ademas, la flexion o expansion de los elementos 9, 10 de cubierta debena ser capaz para compensar las tremendas tensiones y fuerzas centnfugas ejercidas sobre los elementos 9, 10 de cubierta a las altas velocidades a las que gira el rotor 2 de volante y es o puede ser propenso a expandir. En particular, el grosor de los elementos 9, 10 de cubierta pueden variar en direccion radial, en el eje de rotacion que es mas de 13 mm, preferiblemente mas de 16 mm y mas preferiblemente mas de 18 mm y lo mas preferiblemente aproximadamente o mas de 20 mm. En el rotor 2 del volante en forma de anillo el grosor puede ser inferior a 19 mm, preferiblemente inferior a 17 mm y mas preferiblemente inferior a 15 mm y mas preferiblemente aproximadamente 12 mm. Con tales variaciones en el grosor, que son solamente ejemplos, la expansion del rotor 2 del volante a altas velocidades puede ser absorbida por los elementos 9, 10 de cubierta que pueden estirarse (pero no deformarse) como consecuencia.

El arbol 3 de accionamiento y los elementos 9, 10 de cubierta se pueden conectar utilizando una conexion de ajuste por contraccion, ademas de a o como una alternativa de las conexiones mecanicas mostradas como soldaduras (en la figura 4 se representan pernos). Por ejemplo, el cubo 8 se puede enfriar a una temperatura de -170° C, mientras que los elementos 9, 10 de cubierta se pueden calentar a una temperatura de 200° C, para permitir que el eje de accionamiento y los elementos de cubierta se fusionen o se ajusten por contraccion despues del ensamblaje, cuando las diferencias de temperatura relativa entre el cubo 8 y los elementos 9, 10 de cubierta disminuyan. Antes del citado montaje, el cubo puede estar sobredimensionado entre 0,6 y 1,2 mm, mas preferiblemente entre 0,8 y 1,0 mm, para permitir la expansion de los elementos 9, 10 de cubierta de por ejemplo 0,35 mm a una velocidad de rotacion de 1800 rpm, del rotor 2 del volante. Alternativamente, los elementos 9, 10 de cubierta pueden ser ajustados por contraccion en el arbol 3 de accionamiento sin el cubo 8 entre ellos. Como requisito para lograr la conexion de los elementos 9, 10 de cubierta y el cubo 8 o eje 3 de accionamiento, las dimensiones de los mismos deben corresponder muy estrechamente en un estado con diferencias de temperatura maxima, cuando el cubo 8 o eje 3 se enfna y los elementos 9, 10 se calientan. Cuando las diferencias de temperatura disminuyen, el cubo 8 o eje 3 tenderan a expandirse cuando se calientan por ejemplo a temperatura ambiente, mientras que los elementos 9, 10 de cubierta tenderan a ajustarse por contraccion cuando se enfnen. En conjunto, se puede establecer una conexion altamente confiable.

El eje 3 de accionamiento se extiende hacia o en el accionamiento/generador 4, para permitir que el rotor 2 de volante sea accionado en un movimiento giratorio o para derivar energfa electrica o energfa de tal movimiento de rotacion en curso.

Como se indico anteriormente, el sistema de volante es relativamente grande. Mas en particular, el sistema de volante puede ser tal que el rotor 2 de volante tenga un radio interno en la direccion radial al menos 0,75 metros, preferiblemente al menos 1 metro y mas preferiblemente al menos 1,10 metros. Ademas, el sistema de volante, puede ser de tal manera que el rotor 2 del volante tiene un radio exterior en la direccion radial de al menos 0,85 metros, preferiblemente al menos 1 metro y mas preferiblemente al menos 1,30 metros. Ademas, el sistema 1 de volante puede ser tal que el rotor 2 del volante tiene un espesor en la direccion axial de al menos 0,30 metros, preferiblemente al menos 0,45 metros y mas preferiblemente al menos 0,60 metros. En realizaciones espedficas, el rotor 2 del volante en forma de anillo puede de hecho estar fabricado de cualquier material, preferiblemente que tenga una densidad de masa relativamente alta, tal como metal. En las realizaciones descritas, este material podna ser acero y podna incluso ser pesado como el plomo o similar. En particular, el sistema 1 de volante podna ser tal que el rotor 2 del volante tiene un peso de al menos 2,5 toneladas, preferiblemente al menos 4 toneladas y mas preferiblemente al menos 5 toneladas. En las realizaciones de acuerdo con el dibujo adjunto, un volante de este tipo puede desarrollar una velocidad de rotacion de hasta o por encima de 1800 rpm, en el que el peso del volante es de aproximadamente 5 toneladas. Muy sorprendentemente, un rotor 2 de volante tan grande y pesado puede funcionar con una perdida del 7,5% o incluso menos. Dicha eficiencia es completamente inesperada en vista de los desarrollos de la tecnica anterior, que son principalmente en la direccion de hacer que los sistemas de volante sean mas compactos, fabricando dichos sistemas de volante con volantes relativamente mas pequenos. Sin embargo, naturalmente, la presente descripcion y el alcance de proteccion de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas no estan limitados a ninguno de tales parametros en uso y un volante en una realizacion alternativa podna funcionar incluso a una velocidad de rotacion inferior, por ejemplo velocidad de 600 rpm o al menos 1000 rpm, preferiblemente al menos 1400 rpm o una velocidad de rotacion incluso mayor. Para asegurar que el rotor 2 del volante permanecera conectado al eje 3 o al cubo 8 a traves de los elementos 9, 10 de cubierta, la velocidad de rotacion debena estar limitada o restringida, para lo cual se puede emplear un sistema de control. Como propuesta de ilustracion se observa aqrn que la periferia del rotor 2 en una realizacion que tiene un radio de 1,3 metros, en el radio exterior del mismo, cuando gira a una velocidad de, por ejemplo, 1800 rpm, se aproxima o excede la velocidad del sonido. Si todavfa se desea un aumento en la velocidad con respecto a esto, entonces se necesita contemplar medidas adicionales para asegurar una conexion adecuada y robusta en el cubo 8 o en el eje 3 de rotacion.

La figura 2 muestra una vista en despiece del sistema 1 de volante de acuerdo con la figura 1. En este caso, el alojamiento 5 se exhibe de nuevo para acomodar las bombas 6 y el rotor 2 del volante en una carcasa 15 inferior, al menos. La carcasa 15 inferior tambien comprende un alojamiento 16 cilmdrico, esencialmente para el accionamiento /generador 4. En la presente realizacion, el alojamiento 5 tambien incorpora una carcasa 11 superior para

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acomodarse mas cerca al rotor 2 del volante sobre el que puede disponerse una tapa 12 sobre la carcasa 11 superior. En la vista en perspectiva de la figura 2, la carcasa 11 superior exhibe evidentemente una forma de anillo, en el que una abertura central de la misma sirve para acomodar una construccion 13 de soporte, que comprende un anillo 14 de aire. La construccion 13 portadora tambien sirve para unir el accionamiento/generador 4 al arbol 3 de accionamiento, que tambien esta conectado al rotor 2 del volante.

La figura 3 exhibe una vista en seccion transversal a lo largo de la lmea MI-IM en la figura 1 y muestra incluso mas detalles del sistema 1 de volante en un estado ensamblado, tal como por ejemplo los conductos 17, que estan conectados (no mostrados) a las bombas 6 seleccionadas, en correspondencia con ubicaciones de conexiones de evacuacion asociadas (descritas con mas detalle a continuacion), donde el aire debe ser evacuado del entorno inmediato del volante 2. Nuevamente se observa aqu que la levitacion con aire y todas las caractensticas asociadas con la misma son opcionales con respecto a la presente descripcion.

La figura 5 muestra una vista en perspectiva de la construccion 13 portadora de las figuras 2 y 3. La construccion 13 de soporte comprende una placa 18 base que puede formar una parte del conjunto del alojamiento 5, o puede estar al menos unido al mismo. Simultanea o alternativamente, la placa 18 base puede formar una parte de la construccion de soporte 13 en sf misma. La figura 5 tambien muestra con mas detalle el anillo 14 de aire, que comprende varios elementos de anillo de aire concentricos 19, 20 y 21. Las caras superiores de los elementos individuales del anillo pueden disenarse espedficamente para crear la mayor cantidad posible de arrastre de aire, en caso de una parada de emergencia, cuando se puede dejar entrar aire en la camara bajo tales circunstancias, para ralentizar la corriente de aire que pasa. Por ejemplo, los perfiles pueden disponerse en o sobre las caras superiores. Adicional o alternativamente, dichos frenos de aire pueden ser extensibles, en particular en una camara sin vado, para proporcionar la menor el menor arrastre posible durante el funcionamiento normal. Las conexiones 22 de evacuacion entre el elemento 19 de anillo mas interior y el elemento 20 de anillo central estan conectadas a los conductos 17 seleccionados, y las conexiones 23 de evacuacion entre el elemento 20 de anillo central y el elemento 21 de anillo exterior estan conectadas a los conductos 17 restantes, como se muestra tambien en la vista superior de la figura 7. Ademas, los elementos 24 de llenado estan provistos entre el elemento 19 de anillo mas interior y el elemento 20 de anillo central y los elementos 25 de llenado estan provistos entre el elemento 20 de anillo central y el elemento 21 de anillo mas exterior. De este modo, se optimiza la eficacia del aire de la evacuacion desde el espacio entre los elementos 19 - 21 de anillos concentricos, donde los elementos 24, 25 de llenado exhiben una curvatura del borde superior del mismo, hacia abajo hacia las conexiones 22, 23 de evacuacion y hacia arriba a una region superior de los elementos 19 - 21 de anillos concentricos, como se muestra en la figura 6 para minimizar los espacios abiertos entre los elementos 19 - 21 de anillos concentricos y en consecuencia para minimizar la cantidad de aire a evacuar desde un espacio abierto y optimizar la eficacia de la evacuacion de aire. Los elementos de llenado pueden estar hechos de metal o de cualquier otro material conveniente o adecuado. Se observa ademas que una insercion 40 impresa en 3D se puede aplicar cerca de las conexiones 22 de evacuacion, para proporcionar una curvatura muy bien predefinida de los elementos 24, 25, 40 de llenado ensamblados para promover la descarga de aire de la manera mas eficiente posible, debido al hecho que el diametro ideal de la tubena para transportar [aire/gas] desde la conexion de evacuacion de las bombas no se ajusta a la cara superior del anillo de aire.

Los sensores 26 de distancia pueden estar provistos en la placa 18 de base o en contacto incluso con cualquiera de los elementos 19 - 21 de anillo, por ejemplo el elemento 21 de anillo mas exterior. Tambien, como se muestra en la figura 10, se pueden proporcionar sensores de vibracion sobre o contra un eje de accionamiento, o en cualquier otro lugar mas en el sistema 1 de volante. La funcion de los mismos podna ser detectar vibraciones no deseadas, lo que podna llegar a ir en detrimento del sistema de volante, especialmente a la vista de la gran masa del propio rotor 2 del volante. Un controlador (no mostrado) puede recibir senales de medicion de los detectores 26 de distancia o detectores de vibracion para regular una velocidad de rotacion del rotor 2 del volante, por ejemplo si se producen vibraciones a una velocidad de rotacion espedfica del volante 2, que podna aproximarse a una frecuencia propia, a la que el sistema podna empezar a entrar en resonancia.

La figura 8 representa una vista en seccion transversal a lo largo de la lmea VIN-VNI de la figura 7, que en sf misma es una vista superior en la direccion de la flecha VII de la figura 5. En ella, se muestra que cada uno de los elementos 19 - 21 de anillo tiene una parte superior, que consta de protuberancias 27 y depresiones 28, en formas concentricas, que estan dispuestas de manera concentrica con respecto al arbol 3 de accionamiento. El aire, que se extrae del espacio entre el elemento 19 de anillo mas interior y el elemento 20 de anillo central, mediante las conexiones 22 de evacuacion, los conductos 17 y las correspondientes bombas 6 asociadas, se dibuja en la direccion de la flecha A en la figura 8 sobre el elemento 19 de anillo mas interior. El aire, que se extrae del espacio entre el elemento 20 de anillo central y el elemento 21 de anillo mas exterior, mediante las conexiones 23 de evacuacion, los conductos 17 y las correspondientes bombas 6 asociadas, se dibuja en la direccion de la flecha A en la figura 8, por encima del elemento 20 de anillo central. Como se muestra por ejemplo en la figura 3, el volante 2 se dispone inmediatamente encima de, pero no en contacto con el anillo 14 de aire. La distancia entre el anillo 14 de aire y el volante 2 puede ser tan pequena, que el espacio entre ellos que puede medirse por ejemplo es solamente 50 |im. Preferiblemente, un espacio de aire entre el anillo 14 de aire y el rotor 2 del volante podna ser incluso menor de 50 |im, mas realizaciones de la presente descripcion tambien podnan funcionar con un espacio de aire mayor. Las depresiones 28 con respecto a una superficie superior del anillo 14 de aire sirven para capturar parte del aire, que se extiende sobre los elementos 19, 20 de anillos mas interior o central. Estas bolsas de aire y los flujos de aire

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

en la direccion de las flechas A y B, capacitan al rotor 2 del volante para que se eleve en el aire, a la corta distancia mencionada por encima del anillo 14 de aire.

Fuera del anillo 14 de aire, las bombas 6 tambien pueden estar conectadas a un espacio 31 de la figura 3, para dibujar un flujo de aire en la direccion de la flecha C en la figura 8. Las bombas 6 tambien pueden estar conectadas a los conductos 17 para evacuar el interior del espacio 32 en la figura 3 debajo del rotor 2 del volante a traves de los agujeros 35 en la placa base 18, como se representa en la figura 6, y en las proximidades del eje 3. Entonces, una presion de aire relativa en la camara o espacio 32 debe mantenerse a la presion mas alta, incluso si esta por debajo de la atmosferica, luego una presion de aire en la camara o espacio 31, con el fin de permitir que el aire se extraiga en flujos del espacio 32 interior por encima del anillo 14 de aire. Por ejemplo, una presion dentro del espacio 32 puede estar en el entorno de 300 a 350 mb, donde el espacio 31 se evacua a un valor de aproximadamente 1 mb o similar.

Anteriormente, se ha observado que los elementos 9, 10 de cubierta y el rotor 2 del volante pueden inclinarse en reposo o a bajas velocidades de rotacion, incluso aunque se deba evitar la inclinacion tanto como sea posible, especialmente en un estado no giratorio. Por consiguiente, el volante 2 puede llegar a descansar en el anillo 14 de aire, que es una situacion no deseada. A partir de dicho estado no giratorio, con el contacto entre el rotor 2 del volante y un anillo 14, en particular un volante muy pesado no puede ajustarse en un movimiento giratorio. Cuando el rotor 2 del volante ha alcanzado una velocidad de rotacion operativa, las fuerzas centnfugas enderezaran los elementos 9, 10 de cubierta y el rotor 2 del volante, pero primero se necesita haber logrado el citado estado rotacional operacional. Para abordar este problema, se incorporan caractensticas particulares a la realizacion, como se representa por ejemplo en la figura 3.

Como primera medida, el anillo 14 de aire esta dispuesto en una configuracion 29 de ascensor, que consta por ejemplo de cilindros, que podnan ser de aceite hidraulico o neumaticos. La configuracion 29 de ascensor puede elevar o bajar el anillo 14 de aire con respecto al alojamiento 5, para adaptar una posicion del anillo 14 de aire en relacion con un estado inclinado de los elementos 9, 10 de cubierta y/o el rotor 2 del volante pesado bajando el anillo 14 de aire, cuando el rotor 2 del volante esta estacionario o girando a baja velocidad, o en relacion con un estado enderezado de los elementos 9, 10 de cubierta y/o el rotor 2 del volante pesado levantando el anillo 14 de aire. De ese modo, bajo todas las circunstancias, se puede mantener un espacio entre el anillo 14 interior y el volante 2. Los detectores 26 de distancia anteriormente mencionados pueden servir para determinar el tamano de dicho espacio y un control puede accionar la configuracion 29 de ascensor para mantener un tamano de espacio constante entre el anillo 14 de aire y el volante 2 de, por ejemplo 50 |im. Debe observarse que el anillo 14 de aire esta en las realizaciones divulgadas actualmente ni disenadas ni destinadas a elevar activamente el volante a una posicion enderezada de los elementos 9, 10 de cubierta y que dicho enderezamiento se logra automaticamente, cuando se alcanza una velocidad operativa del volante 2, debido a las fuerzas centnfugas. Sin embargo, el anillo 14 de aire podna, en una realizacion alternativa, utilizarse activamente para elevar el volante 2.

Ademas, como segunda medida, se pueden proporcionar cojinetes 30 de deslizamiento en la parte superior de la superficie superior interior de la carcasa 11 superior, como se muestra tambien en la figura 3, para soportar el elemento 9 de cubierta inferior y/o el rotor 2 del volante en una situacion estacionaria o al girar a velocidades mas bajas. Dichos cojinetes 30 de deslizamiento tambien facilitan la puesta en movimiento del rotor 2 del volante, por ejemplo, utilizando una funcion de accionamiento del accionamiento/generador 4. El contacto entre el elemento 9 de cubierta inferior y/o el rotor 2 del volante por un lado y los cojinetes 30 deslizantes por otro disminuira y desaparecera, a medida que la velocidad de rotacion del rotor 2 del volante aumente y antes de que alcance una velocidad de rotacion operativa, como consecuencia del efecto de enderezamiento sobre los elementos 9, 10 de cubierta y/o el rotor 2 del volante, debido a las fuerzas centnfugas.

La figura 9 exhibe en una vista en perspectiva, y la figura 10 exhibe en una vista en seccion transversal lateral un conjunto de construccion 13 de soporte, que tiene un anillo 14 de aire en la parte superior del mismo, con una primera placa 33 de montaje y una segunda placa 36 de montaje, que tambien estan representadas en la figura 3. Este conjunto de construccion 13 de soporte con placa 33 de montaje, sobre la que esta configurada la construccion del soporte y permite el montaje de los conductos 17 y similares, esta dispuesto en el paso central de la carcasa 11 superior en forma de anillo, en la que el rotor 2 del volante esta dispuesto tambien en dicho paso central, pero en la superficie 34 interior de la carcasa 11 superior, que tambien se ha mencionado anteriormente. Mas en particular, como se describio anteriormente, el rotor 2 del volante no descansa sobre la citada superficie 34 superior o incluso sobre el anillo 14 de aire. Como consecuencia, se puede considerar que la construccion 13 de soporte no transporta realmente el peso del rotor 2 del volante, pero ese rotor 2 del volante se eleva mediante aire sobre el anillo 14 de aire a una distancia muy pequena por encima del anillo 14 de aire. No obstante, la construccion 13 de soporte de hecho soporta el accionamiento/generador 4.

La figura 10 muestra ademas con mayor detalle una configuracion de la configuracion de ascensor, que comprende un piston 37 en un taladro 38 de un poste 39 de soporte. Al extenderse el piston 37 desde el taladro 38, se eleva el anillo 14 de aire.

Debena ser evidente para el lector experto que la realizacion descrita anteriormente no es la unica posible dentro de los lfmites y limitaciones del alcance de proteccion para las realizaciones de la presente descripcion de acuerdo con

las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, la levitacion mediante aire puede omitirse. El rotor 2 del volante puede ser macizo o solido, pero debe tener forma de anillo con un centro abierto, para maximizar la concentracion de peso a una distancia del centro de rotacion. El volante 2 y los elementos 9, 10 de cubierta pueden formar una unidad o conjunto integrados. Las dimensiones del rotor del volante y los elementos de cubierta asociados que forman los 5 elementos de conexion pueden variar, asf como las velocidades operativas y los valores de presion, en relacion con los descritos anteriormente en la presente memoria. Se puede minimizar el numero de bombas y conductos con relacion a las realizaciones descritas, mostradas y divulgadas en la presente memoria. La configuracion de la carcasa superior se puede omitir, dependiendo de la estructura de la carcasa. Tambien pueden contemplarse otras alteraciones y adaptaciones, y se encontraran dentro de los lfmites y fronteras del alcance de proteccion definido en 10 las reivindicaciones adjuntas, a menos que tales realizaciones adicionales y/o alternativas se desvfen del concepto inventivo unitario que subyace en las caractensticas espedficamente definidas de las reivindicaciones.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de volante, que comprende:

- un eje (3) de rotacion;

- un rotor (2) de volante en forma de anillo;

- al menos un elemento (9; 10) de conexion que conecte el rotor (2) del volante en forma de anillo al eje (3) de rotacion;

- un accionamiento y/o generador (4) de potencia conectado al rotor (2) del volante; en el que el rotor (2) del volante tiene

- un radio exterior en direccion radial de al menos 0,85 metros, preferiblemente al menos 1 metro, y mas preferiblemente al menos 1,30 metros,

- un espesor en la direccion axial de al menos 0,30 metros, preferiblemente al menos 0,45 metros y mas preferiblemente al menos 0,60 metros, y

- un peso de al menos 2,5 toneladas, preferiblemente al menos 4 toneladas y mas preferiblemente al menos 5 toneladas,

caracterizado porque

el al menos un elemento (9, 10) de conexion tiene forma de disco, y esta dispuesto sobre o contra un primer extremo axial del rotor (2) del volante en forma de anillo para conectar de forma fija al rotor (2) del volante en forma de anillo y al eje (3) de rotacion, en el que el elemento (9, 10) de conexion en forma de disco esta conectado al eje (3) de rotacion mediante una conexion de ajuste por contraccion.
2. El sistema de volante segun la reivindicacion 1, en el que el accionamiento y/o el generador (4) de potencia, en uso del sistema de volante, estan dispuestos para permitir la rotacion del rotor (2) del volante a una velocidad de entre al menos 600 rpm y 1800 rpm, preferiblemente mas de 1000 rpm o al menos 1400 rpm, y mas preferiblemente a lo sumo 1800 rpm aproximadamente.
3. El sistema de volante segun la reivindicacion 1 o 2, en el que el rotor (2) del volante tiene un radio interior en la direccion radial de al menos 0,75 metros, preferible al menos 1 metro, y mas preferiblemente al menos 1,10 metros.
4. El sistema de volante segun una cualquiera o mas de una de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos un elemento (10; 9) de conexion adicional esta dispuesto entre un extremo del eje axialmente opuesto del rotor (2) del volante y el eje (3) de rotacion.
5. El sistema de volante segun la reivindicacion 4, en el que el elemento (10; 9) de conexion adicional tiene forma de disco.
6. El sistema de volante segun la reivindicacion 5, en el que el elemento (9, 10) de conexion en forma de disco es flexible para soportar el rotor (2) del volante en forma de anillo.
7. El sistema de volante segun una cualquiera o mas de una de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento (9, 10) de conexion en forma de disco y/o el elemento (10; 9) de conexion adicional es mas grueso en el eje (3) de rotacion que en el rotor (2) del volante en forma de anillo.
8. El sistema de volante segun la reivindicacion 7, en el que el espesor del eje (3) de rotacion es mas de 13 mm, preferiblemente mas de 16 mm y mas preferiblemente mas de 18 mm y mas preferiblemente aproximadamente o mas de 20 mm.
9. El sistema de volante segun la reivindicacion 7 u 8, en el que el espesor en el rotor (2) del volante en forma de anillo es menos de 19 mm, preferiblemente menos de 17 mm y mas preferiblemente menos de 15 mm y mas preferiblemente aproximadamente 12 mm.
10. El sistema de volante segun una cualquiera o mas de una de las reivindicaciones precedentes, en el que el cubo (8) esta dispuesto sobre o forma parte del eje (3) de rotacion, al que al menos un elemento (9, 10) de conexion esta conectado y se extiende desde el cubo (8) hasta el rotor (2) del volante en forma de anillo.
11. El sistema de volante segun una cualquiera o mas de una de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos un elemento (9, 10) de conexion esta pretensado en una conexion con el cubo (8).
12. El sistema de volante segun una cualquiera o mas de una de las reivindicaciones precedentes, en el que el eje (3) de rotacion o el cubo (8) se enfnan antes del ensamblaje con al menos un elemento (9, 10) de conexion y al

menos un elemento (9, 10) de conexion se calienta antes del ensamblaje con el eje (3) de rotacion o el cubo (8).
13. El sistema de volante segun la reivindicacion 12, en el que un alojamiento en al menos un elemento (9, 10) de conexion para el eje (3) o el cubo (8) de rotacion - en un estado de igual temperatura - es mas pequeno que una parte sobredimensionada del eje (3) o el cubo (8) de rotacion.

5 14. El sistema de volante segun la reivindicacion 13, en el que el eje (3) o cubo (8) de rotacion esta

sobredimensionado entre 0,6 y 1,2 mm, mas preferiblemente entre 0,8 y 1,0 mm, con respecto al alojamiento, para permitir la expansion del al menos un elemento (9, 10) de conexion de 0,35 mm a una velocidad de rotacion del conjunto del rotor (2) del volante en forma de anillo y el al menos un elemento de conexion de no mas de 1800 rpm.
15. El sistema de volante segun una cualquiera o mas de una de las reivindicaciones precedentes, en las que al 10 menos un elemento de compresion o expansion, tal como un resorte, esta dispuesto entre el cubo y el elemento de conexion.