NL9301949A - Vliegwielenergieopslaginrichting. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Vliegwielenergieopslaginrichting

De uitvinding heeft betrekking op een vliegwielenergie-opslaginrichting, omvattende een aan de omgeving afgesteund huis,een daarin ondersteunde, centrale, stator en een via tweekogellegers roterend door deze gedragen, daarmede coaxiale endeze omsluitende rotor.

Een dergelijke vliegwielenergieopslaginrichting is beschre¬ven in de eigen publicatie van aanvraagster: New results onflywheel system EMAFER by F. Thoolen, 1ECEC 1988, Paper nr.

889228.

Teneinde zowel een hoog rendement als een grote energie-opslagcapaciteit te bereiken is het essentieel dat de rotorroteert met zeer hoge toerentallen, en wel van de orde vangrootte van 18.000 tot 20.000 toeren per minuut. Uiteraard moettijdens het gehele doorlopen van het gehele toerentalintervalvanaf stilstand tot aan deze waarde een trillingvrije loop zijnverzekerd wat aan de rotorlegering bijzonder hoge eisen stelt. Infeite is met de bekende legeringen en legerondersteuningen nietaan de eis te voldoen.

De uitvinding beoogt een oplossing voor dit probleem te ver¬schaffen. Volgens de uitvinding wordt deze oplossing bereiktdoordat deze kogellegers een eerste radiale stijfheid met waardeSI hebben en elk zijn opgenomen tussen de rotor en een bovensterespectievelijke onderste hulpdrager, welke hulpdragers zijn af¬gesteund op de stator met een tweede radiale stijfheid S2brespectievelijk S20 waarvan de waarde is gelegen tussen 1/50 SI en1/2 SI, terwijl de stator aan boven- en onderzijde is verbondenmet het huis via een ondersteuning waarvan de radiale stijfheideen waarde S3 heeft die ligt tussen 1/50 en 1/5 van de gemiddel¬de waarde van S2b en S20

en voorts geldt:

Bij voorkeur heeft de huisondersteuning een radiale stijfheidmet een totale waarde S4 gelegen tussen 1/500 SI en een 1/50 SI.

Een voorkeursuitvoeringsvorm wordt gekenmerkt door de volgendewaarden der respectievelijke radiale stijfheden: SI = 2 E8 N/m S2(b) = 0,7 E7 N/m S2(0) = 6 E7 N/m 53 = 2 E6 N/m 54 = 2 E6 N/m

Verdere voorkeursuitvoeringsvormen van de vliegwielenergieop-slaginrichting volgens de uitvinding zijn beschreven in de con¬clusies 4 tot en met 6.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening.Hierin is:

Figuur 1 een schematische langsdoorsnede door een vliegwiel-energieopslaginrichting waarin de maatregelen volgens deuitvinding zijn toegepast.

Figuur 2 een schematische afbeelding van de equivalentecomponenten van een in deze energievliegwielopslaginrichtingtoegepast koppelelement.

Figuur 3 tot en met 6 schematische halve langsdoorsneden vanspecifieke uitvoeringsvormen van een dergelijk koppelelement.

Het in de figuur in zijn geheel met het verwijzingscijfer 1aangegeven vliegwielsysteem voor energieopslag omvat een, tijdensbedrijf geëvacueerd, huis 2 dat via een bovenste koppelelement 4aen een onderste koppelelement 4b is afgesteund op de vaste omge¬ving, schematisch aangegeven met 6a en 6b. De specifieke uitvoe¬ring van deze koppelelementen 4a respectievelijk 4b zal in hetnuvolgende nog nader worden toegelicht.

Dit huis 2 draagt via een stel tweede koppelelementen, en weleen bovenste, aangegeven met 8a en een onderste, aangegeven met8b, een, tijdens bedrijf stationaire, bovenste hulpdrager 10a eneen onderste, tijdens bedrijf eveneens stationaire, hulpdrager10b. Elk van deze hulpdragers 10a respectievelijk 10b is directgekoppeld met het boveneinde 12a respectievelijk het ondereinde 12b van de, centrale, cylindrische stator 14 die niet getekende,electrische wikkelingen draagt.

Via twee derde koppelelementen, en wel het bovenste koppelele-ment 16a en het onderste koppelelement 16b zijn de hulpdragers 10arespectievelijk 10b direct verbonden met de, stilstaande buiten¬ring van een bovenste respectievelijk onderste kogelleger 18arespectievelijk 18b waarvan de binnenring via een S-vormigverbindingsstuk (dat onderwerp is van de, niet vóórgepubliceerde,Nederlandse octrooiaanvrage 9201585 ten name van aanvraagster) 20arespectievelijk 20b is verbonden met de rotor 22. Deze draagt aanzijn binnenoppervlak de, niet getekende, permanente magneten enaan zijn buitenoppervlak de schijfvormige vliegwielen 24. Deradiale stijfheid van de verbinding tussen de vliegwielen 24 en derotor 22, die bijvoorbeeld kan zijn gerealiseerd op de in deNederlandse octrooiaanvrage 9201584 (ten name van aanvraagster)beschreven wijze is zeer groot, bijvoorbeeld in de orde vangrootte van 1E9 N/m.

De uitvinding berust op het inzicht dat een goed trillings-gedrag van dit geheel, ook bij het doorlopen van het gehelebedrijfstoerentalbereik (dat ligt tussen nul tot twintigduizendomwentelingen per minuuut) wordt verkregen wanneer de radialestijfheden, uitgedrukt in N/m, van de respectievelijke in hetvoorgaande genoemde ondersteuningen voldoen aan, respectievelijkliggen tussen, bepaalde waarden. Bij de definitie daarvan wordenhierna de volgende aanduidingen gebruikt:

Radiale stijfheid van de kogellegers 18a respectievelijk 18b =SI (per leger).

Radiale stijfheid van het bovenste koppelelement 16a tussenstilstaande buitenring kogelleger 18a en hulpdrager 10a = S2b.

Radiale stijfheid van het onderste koppelelement 16b tussenstilstaande buitenring kogelleger 18b en onderste hulpdrager 10b =S20.

Gezamenlijke radiale stijfheid van de koppelelementen 8a, 8btussen hulpdrager 10a, en 10b en huis 2 = S3.

Radiale stijfheid van de koppelelementen 4a resp. 4b tussenhet huis 2 en de omgeving 6a respectievelijk 6b = S4.

Dan geldt: 1E8 <, SI <, 5E8

1/50 SI < S2b ^ 1/2 SI

1/50 SI < S20 < 1/2 SI

en voorts geldt:

1/500 SI < S4 <, 1/50 SI

Bij voorkeur worden de volgende waarden gebruikt: SI = 2 E8 N/m S2b = 0,7 E7 N/rn S20 = 6 E7 N/m 53 = 2 E6 N/m 54 — 2 E6 N/m

Figuur 2 toont in een schematische langsdoorsnede eenequivalente voorstelling van een dergelijk koppelelement dat zoweleen bepaalde stijfheidsfunctie als een bepaalde dempfunctievervult. Getekend is de koppeling tussen twee cylindrische concen¬trische elementen, en wel het binnenelement 30 en hetbuitenelement 32, waartussen weliswaar een (overdreven grootgetekende) ringspleet 34 aanwezig is doch die niet ten opzichtevan elkaar kunnen verdraaien. De stijfheidsfunctie in radialerichting van de onderlinge koppeling wordt schematisch voorgestelddoor de veer 36 terwijl de dempfunctie van eventuele radialebewegingen ten opzichte van elkaar wordt voorgesteld door dehydraulische cylinder-zuigercombinatie 38.

Figuur 3 toont een halve langsdoorsnede door een eerstepraktische realisatie van een dergelijk koppelelement dat rotatie-symmetrisch is rond de hartlijn 40. Het cylindrische buitendeel isaangegeven met 42 en het cylindrisch binnendeel met 44; daartussenis een ringspleet 46 aanwezig waaraan dempolie kan wordentoegevoerd via de olietoevoeropening 48. Boven en onder dezeolietoevoeropening is in het buitenoppervlak van het deel 44 eenringgroef 50a respectievelijk 50b gevormd waarin is opgenomen eenO-ring 52a respectievelijk 52b. Deze O-ringen hebben eendrieledige functie: zij zorgen voor de noodzakelijke stijfheid van de koppeling tussen de delen 42 en 44, dempen radiale bewegingentussen deze delen en verzekeren tevens een afdichting om overmatigweglekken van via de aansluiting 48 toegevoerde dempolie tevoorkomen. Ook de oliefilm in de ringspleet 46 zorgt voor eenextra demping van radiale bewegingen tussen de delen 42 en 44.Figuur 4 toont een schematische langsdoorsnede, symmetrisch rondde hartlijn 60, van een tweede uitvoeringsvorm van een koppelele-ment. Ook hier zijn de te koppelen delen, en wel het buitendeel 62en het binnendeel 64 concentrisch en rotatiesymmetrisch rond dehartlijn 60; zij omsluiten elkaar onder vrijlaten van een smalleringspleet 66. Via een olietoevoerkanaal 68 kan dempolie wordentoegevoerd aan deze ringspleet en het weglekken ervan wordt sterkverminderd doordat de tegenover elkaar gelegen, dwars op dehartlijn 60 staande eindoppervlakken en wel het oppervlak 72a vanhet element 62 en het oppervlak 74a van het element 64 enerzijds,het oppervlak 72b van het element 64 en het oppervlak 74b van hetelement 62 anderzijds, nauw op elkaar aansluiten.

In deze uitvoeringsvorm wordt in de stijfheidsfunctie voorzienvan een krans axiale buigstaafjes 76, opgenomen tussen de beidecylindrische delen. Zij gaan in het getekende uitvoeringsvoor-beeld uit van het buitendeel 62 en zijn met hun uiteindenvastgezet in openingen 63, gevormd in het binnendeel 64. Zijkunnen met een gedefinieerde radiale stijfheid radiaal uitbuigen.

Uiteraard zijn er voor wat betreft uitvoeringsvorm en bevesti¬ging van deze buigstaafjes legio constructieve varianten mogelijk.

De uitvoeringsvorm volgens figuur 5 komt in grote trekkenovereen met die volgens figuur 4; overeenkomstige elementen zijnaangegeven met gelijke verwijzingscijfers. Het verschil met deuitvoeringsvorm volgens figuur 4 ligt in het feit dat de afdich-tingsfunctie wordt verricht door zuigerveren 82a, 82b bovenrespectievelijk onder de dempolietoevoer 68.

De uitvoeringsvorm volgens figuur 6 komt vergaand overeen metdie volgens figuur 4 en verschilt hiervan in het feit dat deafdichtingsfunctie nu wordt verricht door de o-ringen 70a', 70b'.

Ook uitvoeringen zonder afdichtingsconstructies voor dedempolie zijn mogelijk; er is dan wel een hoger dempoliedebietnodig.

Claims (5)

1. Vliegwielenergieopslaginrichting, omvattende een aan omgevingafgesteund huis, een daarin ondersteunde, centrale, stator eneen via twee kogellegers roterend door deze gedragen, daarmedecoaxiale en deze omsluitende rotor, met het kenmerk, dat dezekogellegers een eerste radiale stijfheid met waarde SI hebbenen elk zijn opgenomen tussen de rotor en een bovenste respec¬tievelijk onderste hulpdrager, welke hulpdragers zijn afge¬steund op de stator met een tweede radiale stijfheid S2brespectievelijk S20 waarvan de waarde is gelegen tussen 1/50 SIen 1/2 SI, terwijl de stator aan boven- en onderzijde isverbonden met het huis via een ondersteuning waarvan de totaleradiale stijfheid een waarde S3 heeft die ligt tussen 1/50 en1/5 van de gemiddelde waarde van S2(b) en S2(0):

en voorts geldt: 1E8 < Sx < 5E8

2. Vliegwielenergieopslaginrichting volgens conclusie 1, met hetkenmerk, dat de huisondersteuning een vierde radiale stijfheidheeft met totale waarde S4 gelegen tussen 1/500 SI en 1/50 Sl.

3. Vliegwielenergieopslaginrichting volgens conclusie 1-2,gekenmerkt door de volgende waarden der respectievelijke ra¬diale stijfheden: Sl = 2 E8 N/mS2b = 0,7 E7 N/mS20 = 6 E7 N/m 53 = 2 E6 N/m 54 = 2 E6 N/m

4. Vliegwielenergieopslaginrichting volgens conclusie 1-3,met het kenmerk, dat elk der ondersteuningen met radialestijfheid wordt gevormd door een eerste deel met cylin-drisch buitenoppervlak, dat met voorafbepaalde spelingis opgesloten binnen het cylindrisch binnenoppervlak vaneen tweede deel, dat is uitgevoerd met een in dit binnen¬oppervlak uitmondende boring voor het toevoeren van demp-olie in de tussen de, door de respectievelijke cylinder-oppervlakken van het eerste en tweede deel bepaalde ring-spleet, waarbij tussen het eerste en tweede deel een veer-element is opgenomen.

5. Energieopslaginrichting volgens conclusie 4, met het ken¬merk, dat het veer element wordt gevormd door een met deas der cylinderoppervlakken coaxiale krans elastischesteunvingers of buigstaafjes.